Merge 5.19-rc3 into staging-next
[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/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84 #include "swap.h"
85
86 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
87 typedef int __bitwise fpi_t;
88
89 /* No special request */
90 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
91
92 /*
93  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
94  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
95  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
96  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
97  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
98  * putting it back unmodified.
99  */
100 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
101
102 /*
103  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
104  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
105  * shuffle the whole zone).
106  *
107  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
108  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
109  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
110  *       reporting).
111  */
112 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
113
114 /*
115  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
116  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
117  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
118  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
119  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
120  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
121  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
122  */
123 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
124
125 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
126 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
127 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
128
129 struct pagesets {
130         local_lock_t lock;
131 };
132 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
133         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
134 };
135
136 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
137 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
138 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
139 #endif
140
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
142
143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
144 /*
145  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
146  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
147  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
148  * defined in <linux/topology.h>.
149  */
150 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
151 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
152 #endif
153
154 /* work_structs for global per-cpu drains */
155 struct pcpu_drain {
156         struct zone *zone;
157         struct work_struct work;
158 };
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
160 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
161
162 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
163 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
164 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
165 #endif
166
167 /*
168  * Array of node states.
169  */
170 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
171         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
172         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
173 #ifndef CONFIG_NUMA
174         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
177 #endif
178         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
179         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
180 #endif  /* NUMA */
181 };
182 EXPORT_SYMBOL(node_states);
183
184 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
185 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
186 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
187 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
188
189 int percpu_pagelist_high_fraction;
190 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
191 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
192 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
193
194 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
195 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
196
197 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
198                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
199 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
200 {
201
202         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
203 }
204 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
205
206 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
207                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
208 static int __init early_init_on_free(char *buf)
209 {
210         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
211 }
212 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
213
214 /*
215  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
216  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
217  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
218  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
219  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
220  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
221  */
222 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
223 {
224         return page->index;
225 }
226
227 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
228 {
229         page->index = migratetype;
230 }
231
232 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
233 /*
234  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
235  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
236  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
237  * they should always be called with system_transition_mutex held
238  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
239  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
240  * with that modification).
241  */
242
243 static gfp_t saved_gfp_mask;
244
245 void pm_restore_gfp_mask(void)
246 {
247         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
248         if (saved_gfp_mask) {
249                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
250                 saved_gfp_mask = 0;
251         }
252 }
253
254 void pm_restrict_gfp_mask(void)
255 {
256         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
257         WARN_ON(saved_gfp_mask);
258         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
259         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
260 }
261
262 bool pm_suspended_storage(void)
263 {
264         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
265                 return false;
266         return true;
267 }
268 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
269
270 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
271 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
272 #endif
273
274 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
275                             fpi_t fpi_flags);
276
277 /*
278  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
279  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
280  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
281  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
282  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
283  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
284  *
285  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
286  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
287  */
288 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
290         [ZONE_DMA] = 256,
291 #endif
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
293         [ZONE_DMA32] = 256,
294 #endif
295         [ZONE_NORMAL] = 32,
296 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
297         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
298 #endif
299         [ZONE_MOVABLE] = 0,
300 };
301
302 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
304          "DMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
307          "DMA32",
308 #endif
309          "Normal",
310 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
311          "HighMem",
312 #endif
313          "Movable",
314 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
315          "Device",
316 #endif
317 };
318
319 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
320         "Unmovable",
321         "Movable",
322         "Reclaimable",
323         "HighAtomic",
324 #ifdef CONFIG_CMA
325         "CMA",
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
328         "Isolate",
329 #endif
330 };
331
332 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
333         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
334         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
335 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
336         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
337 #endif
338 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
339         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
340 #endif
341 };
342
343 int min_free_kbytes = 1024;
344 int user_min_free_kbytes = -1;
345 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
346 int watermark_scale_factor = 10;
347
348 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
349 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
350 static unsigned long dma_reserve __initdata;
351
352 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
355 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore __initdata;
357 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
358 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
359 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
360
361 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
362 int movable_zone;
363 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
364
365 #if MAX_NUMNODES > 1
366 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
367 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
368 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
369 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
370 #endif
371
372 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
373
374 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
375 /*
376  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
377  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
378  * and we can permanently disable that path.
379  */
380 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
381
382 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
383 {
384         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
421                 return true;
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444
445 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
446 {
447         return false;
448 }
449 #endif
450
451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
453                                                         unsigned long pfn)
454 {
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
457 #else
458         return page_zone(page)->pageblock_flags;
459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
460 }
461
462 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
463 {
464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
466 #else
467         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
470 }
471
472 static __always_inline
473 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
474                                         unsigned long pfn,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long word;
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485         /*
486          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
487          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
488          * racy, are not corrupted.
489          */
490         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 /**
495  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
496  * @page: The page within the block of interest
497  * @pfn: The target page frame number
498  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
499  *
500  * Return: pageblock_bits flags
501  */
502 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
503                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
506 }
507
508 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
509                                         unsigned long pfn)
510 {
511         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
512 }
513
514 /**
515  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
516  * @page: The page within the block of interest
517  * @flags: The flags to set
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  */
521 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
522                                         unsigned long pfn,
523                                         unsigned long mask)
524 {
525         unsigned long *bitmap;
526         unsigned long bitidx, word_bitidx;
527         unsigned long old_word, word;
528
529         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
530         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
531
532         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
533         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
534         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
535         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
536
537         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
538
539         mask <<= bitidx;
540         flags <<= bitidx;
541
542         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
543         for (;;) {
544                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
545                 if (word == old_word)
546                         break;
547                 word = old_word;
548         }
549 }
550
551 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
552 {
553         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
554                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
555                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
556
557         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
558                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
559 }
560
561 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
562 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
563 {
564         int ret = 0;
565         unsigned seq;
566         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
567         unsigned long sp, start_pfn;
568
569         do {
570                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
571                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
572                 sp = zone->spanned_pages;
573                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
574                         ret = 1;
575         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
576
577         if (ret)
578                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
579                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
580                         start_pfn, start_pfn + sp);
581
582         return ret;
583 }
584
585 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
586 {
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         dump_page(page, reason);
640
641         print_modules();
642         dump_stack();
643 out:
644         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
645         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
646         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
647 }
648
649 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
650 {
651         int base = order;
652
653 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
654         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
655                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
656                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
657         }
658 #else
659         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
660 #endif
661
662         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
663 }
664
665 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
666 {
667         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
668
669 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
670         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
671                 order = pageblock_order;
672 #else
673         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
674 #endif
675
676         return order;
677 }
678
679 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
680 {
681         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
682                 return true;
683 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
684         if (order == pageblock_order)
685                 return true;
686 #endif
687         return false;
688 }
689
690 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
691 {
692         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
693                 free_unref_page(page, order);
694         else
695                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
696 }
697
698 /*
699  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
700  *
701  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
702  *
703  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
704  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
705  *
706  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
707  * page destructors. See compound_page_dtors.
708  *
709  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
710  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
711  */
712
713 void free_compound_page(struct page *page)
714 {
715         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
716         free_the_page(page, compound_order(page));
717 }
718
719 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
720 {
721         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
722         set_compound_order(page, order);
723         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
724         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
725 }
726
727 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
728 {
729         struct page *p = head + tail_idx;
730
731         p->mapping = TAIL_MAPPING;
732         set_compound_head(p, head);
733 }
734
735 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
736 {
737         int i;
738         int nr_pages = 1 << order;
739
740         __SetPageHead(page);
741         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
742                 prep_compound_tail(page, i);
743
744         prep_compound_head(page, order);
745 }
746
747 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
748 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
749
750 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
751                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
752 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
753 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
754 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
755
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
757
758 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
759 {
760         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
761 }
762 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
763
764 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
765 {
766         unsigned long res;
767
768         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
769                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
770                 return 0;
771         }
772         _debug_guardpage_minorder = res;
773         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
774         return 0;
775 }
776 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
777
778 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype)
780 {
781         if (!debug_guardpage_enabled())
782                 return false;
783
784         if (order >= debug_guardpage_minorder())
785                 return false;
786
787         __SetPageGuard(page);
788         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
789         set_page_private(page, order);
790         /* Guard pages are not available for any usage */
791         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
792
793         return true;
794 }
795
796 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
797                                 unsigned int order, int migratetype)
798 {
799         if (!debug_guardpage_enabled())
800                 return;
801
802         __ClearPageGuard(page);
803
804         set_page_private(page, 0);
805         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
806                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
807 }
808 #else
809 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
810                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
811 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
812                                 unsigned int order, int migratetype) {}
813 #endif
814
815 /*
816  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
817  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
818  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
819  * enabled, and then make decisions.
820  */
821 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
822 {
823         bool page_poisoning_requested = false;
824
825 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
826         /*
827          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
828          * either of those options are enabled, enable poisoning.
829          */
830         if (page_poisoning_enabled() ||
831              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
832               debug_pagealloc_enabled())) {
833                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
834                 page_poisoning_requested = true;
835         }
836 #endif
837
838         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
839             page_poisoning_requested) {
840                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
841                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
842                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
843                 _init_on_free_enabled_early = false;
844         }
845
846         if (_init_on_alloc_enabled_early)
847                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
848         else
849                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
850
851         if (_init_on_free_enabled_early)
852                 static_branch_enable(&init_on_free);
853         else
854                 static_branch_disable(&init_on_free);
855
856 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
857         if (!debug_pagealloc_enabled())
858                 return;
859
860         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
861
862         if (!debug_guardpage_minorder())
863                 return;
864
865         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
866 #endif
867 }
868
869 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
870 {
871         set_page_private(page, order);
872         __SetPageBuddy(page);
873 }
874
875 #ifdef CONFIG_COMPACTION
876 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
877 {
878         struct capture_control *capc = current->capture_control;
879
880         return unlikely(capc) &&
881                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
882                 !capc->page &&
883                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
884 }
885
886 static inline bool
887 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
888                    int order, int migratetype)
889 {
890         if (!capc || order != capc->cc->order)
891                 return false;
892
893         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
894         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
895             is_migrate_isolate(migratetype))
896                 return false;
897
898         /*
899          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
900          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
901          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
902          * have trouble finding a high-order free page.
903          */
904         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
905                 return false;
906
907         capc->page = page;
908         return true;
909 }
910
911 #else
912 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
913 {
914         return NULL;
915 }
916
917 static inline bool
918 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
919                    int order, int migratetype)
920 {
921         return false;
922 }
923 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
924
925 /* Used for pages not on another list */
926 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
927                                     unsigned int order, int migratetype)
928 {
929         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
930
931         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
932         area->nr_free++;
933 }
934
935 /* Used for pages not on another list */
936 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
937                                          unsigned int order, int migratetype)
938 {
939         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
940
941         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
942         area->nr_free++;
943 }
944
945 /*
946  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
947  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
948  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
949  */
950 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
951                                      unsigned int order, int migratetype)
952 {
953         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
954
955         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
956 }
957
958 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
959                                            unsigned int order)
960 {
961         /* clear reported state and update reported page count */
962         if (page_reported(page))
963                 __ClearPageReported(page);
964
965         list_del(&page->lru);
966         __ClearPageBuddy(page);
967         set_page_private(page, 0);
968         zone->free_area[order].nr_free--;
969 }
970
971 /*
972  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
973  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
974  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
975  * that is happening, add the free page to the tail of the list
976  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
977  * as a higher order page
978  */
979 static inline bool
980 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
981                    struct page *page, unsigned int order)
982 {
983         unsigned long higher_page_pfn;
984         struct page *higher_page;
985
986         if (order >= MAX_ORDER - 2)
987                 return false;
988
989         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
990         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
991
992         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
993                         NULL) != NULL;
994 }
995
996 /*
997  * Freeing function for a buddy system allocator.
998  *
999  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1000  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1001  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1002  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1003  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1004  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1005  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1006  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1007  * parts of the VM system.
1008  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1009  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1010  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1011  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1012  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1013  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1014  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1015  * triggers coalescing into a block of larger size.
1016  *
1017  * -- nyc
1018  */
1019
1020 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1021                 unsigned long pfn,
1022                 struct zone *zone, unsigned int order,
1023                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1024 {
1025         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1026         unsigned long buddy_pfn;
1027         unsigned long combined_pfn;
1028         struct page *buddy;
1029         bool to_tail;
1030
1031         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1032         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1033
1034         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1035         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1036                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1037
1038         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1039         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1040
1041         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1042                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1043                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1044                                                                 migratetype);
1045                         return;
1046                 }
1047
1048                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1049                 if (!buddy)
1050                         goto done_merging;
1051
1052                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1053                         /*
1054                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1055                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1056                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1057                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1058                          */
1059                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1060
1061                         if (migratetype != buddy_mt
1062                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1063                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1064                                 goto done_merging;
1065                 }
1066
1067                 /*
1068                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1069                  * merge with it and move up one order.
1070                  */
1071                 if (page_is_guard(buddy))
1072                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1073                 else
1074                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1075                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1076                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1077                 pfn = combined_pfn;
1078                 order++;
1079         }
1080
1081 done_merging:
1082         set_buddy_order(page, order);
1083
1084         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1085                 to_tail = true;
1086         else if (is_shuffle_order(order))
1087                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1088         else
1089                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1090
1091         if (to_tail)
1092                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1093         else
1094                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1095
1096         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1097         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1098                 page_reporting_notify_free(order);
1099 }
1100
1101 /**
1102  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1103  * @free_page:          the original free page
1104  * @order:              the order of the page
1105  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1106  *
1107  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1108  *
1109  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1110  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1111  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1112  * nothing.
1113  */
1114 int split_free_page(struct page *free_page,
1115                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1116 {
1117         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1118         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1119         unsigned long pfn;
1120         unsigned long flags;
1121         int free_page_order;
1122         int mt;
1123         int ret = 0;
1124
1125         if (split_pfn_offset == 0)
1126                 return ret;
1127
1128         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1129
1130         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1131                 ret = -ENOENT;
1132                 goto out;
1133         }
1134
1135         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1136         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1137                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1138
1139         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1140         for (pfn = free_page_pfn;
1141              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1142                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1143
1144                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1145                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1146                                         __fls(split_pfn_offset));
1147                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1148                                 mt, FPI_NONE);
1149                 pfn += 1UL << free_page_order;
1150                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1151                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1152                 if (split_pfn_offset == 0)
1153                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1154         }
1155 out:
1156         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1157         return ret;
1158 }
1159 /*
1160  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1161  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1162  * check if necessary.
1163  */
1164 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1165                                         unsigned long check_flags)
1166 {
1167         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1168                 return false;
1169
1170         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1171                         page_ref_count(page) |
1172 #ifdef CONFIG_MEMCG
1173                         page->memcg_data |
1174 #endif
1175                         (page->flags & check_flags)))
1176                 return false;
1177
1178         return true;
1179 }
1180
1181 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1182 {
1183         const char *bad_reason = NULL;
1184
1185         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1186                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1187         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1188                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1189         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1190                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1191         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1192                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1193                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1194                 else
1195                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1196         }
1197 #ifdef CONFIG_MEMCG
1198         if (unlikely(page->memcg_data))
1199                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1200 #endif
1201         return bad_reason;
1202 }
1203
1204 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1205 {
1206         bad_page(page,
1207                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1208 }
1209
1210 static inline int check_free_page(struct page *page)
1211 {
1212         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1213                 return 0;
1214
1215         /* Something has gone sideways, find it */
1216         check_free_page_bad(page);
1217         return 1;
1218 }
1219
1220 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1221 {
1222         int ret = 1;
1223
1224         /*
1225          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1226          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1227          */
1228         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1229
1230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1231                 ret = 0;
1232                 goto out;
1233         }
1234         switch (page - head_page) {
1235         case 1:
1236                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1237                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1238                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1239                         goto out;
1240                 }
1241                 break;
1242         case 2:
1243                 /*
1244                  * the second tail page: ->mapping is
1245                  * deferred_list.next -- ignore value.
1246                  */
1247                 break;
1248         default:
1249                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1250                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1251                         goto out;
1252                 }
1253                 break;
1254         }
1255         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1256                 bad_page(page, "PageTail not set");
1257                 goto out;
1258         }
1259         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1260                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1261                 goto out;
1262         }
1263         ret = 0;
1264 out:
1265         page->mapping = NULL;
1266         clear_compound_head(page);
1267         return ret;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1272  *
1273  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1274  *    see the explanation below.
1275  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1276  *    see the comment next to it.
1277  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1278  *    see the comment next to it.
1279  *
1280  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1281  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1282  * initialization is done with interrupt disabled.
1283  *
1284  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1285  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1286  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1287  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1288  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1289  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1290  */
1291 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1292 {
1293         return deferred_pages_enabled() ||
1294                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1295                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1296                PageSkipKASanPoison(page);
1297 }
1298
1299 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1300 {
1301         int i;
1302
1303         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1304         kasan_disable_current();
1305         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1306                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1307                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1308                 clear_highpage(page + i);
1309                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1310         }
1311         kasan_enable_current();
1312 }
1313
1314 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1315                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1316 {
1317         int bad = 0;
1318         bool init = want_init_on_free();
1319
1320         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1321
1322         trace_mm_page_free(page, order);
1323
1324         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1325                 /*
1326                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1327                  * Untie memcg state and reset page's owner
1328                  */
1329                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1330                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1331                 reset_page_owner(page, order);
1332                 page_table_check_free(page, order);
1333                 return false;
1334         }
1335
1336         /*
1337          * Check tail pages before head page information is cleared to
1338          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1339          */
1340         if (unlikely(order)) {
1341                 bool compound = PageCompound(page);
1342                 int i;
1343
1344                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1345
1346                 if (compound) {
1347                         ClearPageDoubleMap(page);
1348                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1349                 }
1350                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1351                         if (compound)
1352                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1353                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1354                                 bad++;
1355                                 continue;
1356                         }
1357                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1358                 }
1359         }
1360         if (PageMappingFlags(page))
1361                 page->mapping = NULL;
1362         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1363                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1364         if (check_free)
1365                 bad += check_free_page(page);
1366         if (bad)
1367                 return false;
1368
1369         page_cpupid_reset_last(page);
1370         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1371         reset_page_owner(page, order);
1372         page_table_check_free(page, order);
1373
1374         if (!PageHighMem(page)) {
1375                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1376                                            PAGE_SIZE << order);
1377                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1378                                            PAGE_SIZE << order);
1379         }
1380
1381         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1382
1383         /*
1384          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1385          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1386          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1387          *
1388          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1389          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1390          */
1391         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1392                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1393
1394                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1395                 if (kasan_has_integrated_init())
1396                         init = false;
1397         }
1398         if (init)
1399                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1400
1401         /*
1402          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1403          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1404          * happen after this.
1405          */
1406         arch_free_page(page, order);
1407
1408         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1409
1410         return true;
1411 }
1412
1413 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1414 /*
1415  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1416  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1417  * moved from pcp lists to free lists.
1418  */
1419 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1420 {
1421         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1422 }
1423
1424 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1425 {
1426         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1427                 return check_free_page(page);
1428         else
1429                 return false;
1430 }
1431 #else
1432 /*
1433  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1434  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1435  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1436  * to the pcp lists.
1437  */
1438 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1439 {
1440         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1441                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1442         else
1443                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1444 }
1445
1446 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1447 {
1448         return check_free_page(page);
1449 }
1450 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1451
1452 /*
1453  * Frees a number of pages from the PCP lists
1454  * Assumes all pages on list are in same zone.
1455  * count is the number of pages to free.
1456  */
1457 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1458                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1459                                         int pindex)
1460 {
1461         int min_pindex = 0;
1462         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1463         unsigned int order;
1464         bool isolated_pageblocks;
1465         struct page *page;
1466
1467         /*
1468          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1469          * below while (list_empty(list)) loop.
1470          */
1471         count = min(pcp->count, count);
1472
1473         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1474         pindex = pindex - 1;
1475
1476         /*
1477          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1478          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1479          */
1480         spin_lock(&zone->lock);
1481         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1482
1483         while (count > 0) {
1484                 struct list_head *list;
1485                 int nr_pages;
1486
1487                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1488                 do {
1489                         if (++pindex > max_pindex)
1490                                 pindex = min_pindex;
1491                         list = &pcp->lists[pindex];
1492                         if (!list_empty(list))
1493                                 break;
1494
1495                         if (pindex == max_pindex)
1496                                 max_pindex--;
1497                         if (pindex == min_pindex)
1498                                 min_pindex++;
1499                 } while (1);
1500
1501                 order = pindex_to_order(pindex);
1502                 nr_pages = 1 << order;
1503                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1504                 do {
1505                         int mt;
1506
1507                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1508                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1509
1510                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1511                         list_del(&page->lru);
1512                         count -= nr_pages;
1513                         pcp->count -= nr_pages;
1514
1515                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1516                                 continue;
1517
1518                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1519                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1520                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1521                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1522                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1523
1524                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1525                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1526                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1527         }
1528
1529         spin_unlock(&zone->lock);
1530 }
1531
1532 static void free_one_page(struct zone *zone,
1533                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1534                                 unsigned int order,
1535                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1536 {
1537         unsigned long flags;
1538
1539         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1540         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1541                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1542                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1543         }
1544         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1545         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1546 }
1547
1548 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1549                                 unsigned long zone, int nid)
1550 {
1551         mm_zero_struct_page(page);
1552         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1553         init_page_count(page);
1554         page_mapcount_reset(page);
1555         page_cpupid_reset_last(page);
1556         page_kasan_tag_reset(page);
1557
1558         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1559 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1560         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1561         if (!is_highmem_idx(zone))
1562                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1563 #endif
1564 }
1565
1566 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1567 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1568 {
1569         pg_data_t *pgdat;
1570         int nid, zid;
1571
1572         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1573                 return;
1574
1575         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1576         pgdat = NODE_DATA(nid);
1577
1578         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1579                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1580
1581                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1582                         break;
1583         }
1584         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1585 }
1586 #else
1587 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1588 {
1589 }
1590 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1591
1592 /*
1593  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1594  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1595  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1596  * sent to the buddy page allocator.
1597  */
1598 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1599 {
1600         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1601         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1602
1603         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1604                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1605                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1606
1607                         init_reserved_page(start_pfn);
1608
1609                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1610                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1611
1612                         /*
1613                          * no need for atomic set_bit because the struct
1614                          * page is not visible yet so nobody should
1615                          * access it yet.
1616                          */
1617                         __SetPageReserved(page);
1618                 }
1619         }
1620 }
1621
1622 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1623                             fpi_t fpi_flags)
1624 {
1625         unsigned long flags;
1626         int migratetype;
1627         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1628         struct zone *zone = page_zone(page);
1629
1630         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1631                 return;
1632
1633         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1634
1635         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1636         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1637                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1638                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1639         }
1640         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1641         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1642
1643         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1644 }
1645
1646 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1647 {
1648         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1649         struct page *p = page;
1650         unsigned int loop;
1651
1652         /*
1653          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1654          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1655          * refcount of all involved pages to 0.
1656          */
1657         prefetchw(p);
1658         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1659                 prefetchw(p + 1);
1660                 __ClearPageReserved(p);
1661                 set_page_count(p, 0);
1662         }
1663         __ClearPageReserved(p);
1664         set_page_count(p, 0);
1665
1666         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1667
1668         /*
1669          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1670          * relevant for memory onlining.
1671          */
1672         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1673 }
1674
1675 #ifdef CONFIG_NUMA
1676
1677 /*
1678  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1679  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1680  * treats start/end as pfns.
1681  */
1682 struct mminit_pfnnid_cache {
1683         unsigned long last_start;
1684         unsigned long last_end;
1685         int last_nid;
1686 };
1687
1688 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1689
1690 /*
1691  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1692  */
1693 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1694                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1695 {
1696         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1697         int nid;
1698
1699         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1700                 return state->last_nid;
1701
1702         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1703         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1704                 state->last_start = start_pfn;
1705                 state->last_end = end_pfn;
1706                 state->last_nid = nid;
1707         }
1708
1709         return nid;
1710 }
1711
1712 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1713 {
1714         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1715         int nid;
1716
1717         spin_lock(&early_pfn_lock);
1718         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1719         if (nid < 0)
1720                 nid = first_online_node;
1721         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1722
1723         return nid;
1724 }
1725 #endif /* CONFIG_NUMA */
1726
1727 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1728                                                         unsigned int order)
1729 {
1730         if (early_page_uninitialised(pfn))
1731                 return;
1732         __free_pages_core(page, order);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1737  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1738  * with the migration of free compaction scanner.
1739  *
1740  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1741  *
1742  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1743  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1744  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1745  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1746  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1747  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1748  * page in a pageblock.
1749  */
1750 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1751                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1752 {
1753         struct page *start_page;
1754         struct page *end_page;
1755
1756         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1757         end_pfn--;
1758
1759         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1760                 return NULL;
1761
1762         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1763         if (!start_page)
1764                 return NULL;
1765
1766         if (page_zone(start_page) != zone)
1767                 return NULL;
1768
1769         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1770
1771         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1772         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1773                 return NULL;
1774
1775         return start_page;
1776 }
1777
1778 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1779 {
1780         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1781         unsigned long block_end_pfn;
1782
1783         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1784         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1785                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1786                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1787
1788                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1789
1790                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1791                                              block_end_pfn, zone))
1792                         return;
1793                 cond_resched();
1794         }
1795
1796         /* We confirm that there is no hole */
1797         zone->contiguous = true;
1798 }
1799
1800 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1801 {
1802         zone->contiguous = false;
1803 }
1804
1805 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1806 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1807                                        unsigned long nr_pages)
1808 {
1809         struct page *page;
1810         unsigned long i;
1811
1812         if (!nr_pages)
1813                 return;
1814
1815         page = pfn_to_page(pfn);
1816
1817         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1818         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1819             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1820                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1821                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1822                 return;
1823         }
1824
1825         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1826                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1827                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1828                 __free_pages_core(page, 0);
1829         }
1830 }
1831
1832 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1833 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1834 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1835
1836 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1837 {
1838         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1839                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1844  *
1845  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1846  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1847  * function is optimized out.
1848  *
1849  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1850  * of the head pfn.
1851  */
1852 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1853 {
1854         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1855                 return false;
1856         return true;
1857 }
1858
1859 /*
1860  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1861  * pageblock_nr_pages sizes.
1862  */
1863 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1864                                        unsigned long end_pfn)
1865 {
1866         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1867         unsigned long nr_free = 0;
1868
1869         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1870                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1871                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1872                         nr_free = 0;
1873                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1874                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1875                         nr_free = 1;
1876                 } else {
1877                         nr_free++;
1878                 }
1879         }
1880         /* Free the last block of pages to allocator */
1881         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1882 }
1883
1884 /*
1885  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1886  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1887  * Return number of pages initialized.
1888  */
1889 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1890                                                  unsigned long pfn,
1891                                                  unsigned long end_pfn)
1892 {
1893         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1894         int nid = zone_to_nid(zone);
1895         unsigned long nr_pages = 0;
1896         int zid = zone_idx(zone);
1897         struct page *page = NULL;
1898
1899         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1900                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1901                         page = NULL;
1902                         continue;
1903                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1904                         page = pfn_to_page(pfn);
1905                 } else {
1906                         page++;
1907                 }
1908                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1909                 nr_pages++;
1910         }
1911         return (nr_pages);
1912 }
1913
1914 /*
1915  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1916  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1917  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1918  * return false indicating there are no valid ranges left.
1919  */
1920 static bool __init
1921 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1922                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1923                                     unsigned long first_init_pfn)
1924 {
1925         u64 j;
1926
1927         /*
1928          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1929          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1930          * so we just need to flush them out of the system.
1931          */
1932         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1933                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1934                         continue;
1935                 if (*spfn < first_init_pfn)
1936                         *spfn = first_init_pfn;
1937                 *i = j;
1938                 return true;
1939         }
1940
1941         return false;
1942 }
1943
1944 /*
1945  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1946  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1947  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1948  * page in __free_one_page()).
1949  *
1950  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1951  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1952  * any issues with the buddy page computation.
1953  */
1954 static unsigned long __init
1955 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1956                        unsigned long *end_pfn)
1957 {
1958         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1959         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1960         unsigned long nr_pages = 0;
1961         u64 j = *i;
1962
1963         /* First we loop through and initialize the page values */
1964         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1965                 unsigned long t;
1966
1967                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1968                         break;
1969
1970                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1971                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1972
1973                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1974                         *start_pfn = mo_pfn;
1975                         break;
1976                 }
1977         }
1978
1979         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1980         swap(j, *i);
1981
1982         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1983                 unsigned long t;
1984
1985                 if (mo_pfn <= spfn)
1986                         break;
1987
1988                 t = min(mo_pfn, epfn);
1989                 deferred_free_pages(spfn, t);
1990
1991                 if (mo_pfn <= epfn)
1992                         break;
1993         }
1994
1995         return nr_pages;
1996 }
1997
1998 static void __init
1999 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2000                            void *arg)
2001 {
2002         unsigned long spfn, epfn;
2003         struct zone *zone = arg;
2004         u64 i;
2005
2006         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2007
2008         /*
2009          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2010          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2011          */
2012         while (spfn < end_pfn) {
2013                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2014                 cond_resched();
2015         }
2016 }
2017
2018 /* An arch may override for more concurrency. */
2019 __weak int __init
2020 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2021 {
2022         return 1;
2023 }
2024
2025 /* Initialise remaining memory on a node */
2026 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2027 {
2028         pg_data_t *pgdat = data;
2029         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2030         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2031         unsigned long first_init_pfn, flags;
2032         unsigned long start = jiffies;
2033         struct zone *zone;
2034         int zid, max_threads;
2035         u64 i;
2036
2037         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2038         if (!cpumask_empty(cpumask))
2039                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2040
2041         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2042         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2043         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2044                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2045                 pgdat_init_report_one_done();
2046                 return 0;
2047         }
2048
2049         /* Sanity check boundaries */
2050         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2051         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2052         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2053
2054         /*
2055          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2056          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2057          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2058          */
2059         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2060
2061         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2062         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2063                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2064                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2065                         break;
2066         }
2067
2068         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2069         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2070                                                  first_init_pfn))
2071                 goto zone_empty;
2072
2073         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2074
2075         while (spfn < epfn) {
2076                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2077                 struct padata_mt_job job = {
2078                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2079                         .fn_arg      = zone,
2080                         .start       = spfn,
2081                         .size        = epfn_align - spfn,
2082                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2083                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2084                         .max_threads = max_threads,
2085                 };
2086
2087                 padata_do_multithreaded(&job);
2088                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2089                                                     epfn_align);
2090         }
2091 zone_empty:
2092         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2093         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2094
2095         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2096                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2097
2098         pgdat_init_report_one_done();
2099         return 0;
2100 }
2101
2102 /*
2103  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2104  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2105  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2106  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2107  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2108  *
2109  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2110  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2111  * enough pages to satisfy the allocation.
2112  *
2113  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2114  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2115  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2116  */
2117 static noinline bool __init
2118 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2119 {
2120         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2121         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2122         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2123         unsigned long spfn, epfn, flags;
2124         unsigned long nr_pages = 0;
2125         u64 i;
2126
2127         /* Only the last zone may have deferred pages */
2128         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2129                 return false;
2130
2131         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2132
2133         /*
2134          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2135          * true, as there might be enough pages already.
2136          */
2137         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2138                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2139                 return true;
2140         }
2141
2142         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2143         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2144                                                  first_deferred_pfn)) {
2145                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2146                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2147                 /* Retry only once. */
2148                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2149         }
2150
2151         /*
2152          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2153          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2154          * allocator.
2155          */
2156         while (spfn < epfn) {
2157                 /* update our first deferred PFN for this section */
2158                 first_deferred_pfn = spfn;
2159
2160                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2161                 touch_nmi_watchdog();
2162
2163                 /* We should only stop along section boundaries */
2164                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2165                         continue;
2166
2167                 /* If our quota has been met we can stop here */
2168                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2169                         break;
2170         }
2171
2172         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2173         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2174
2175         return nr_pages > 0;
2176 }
2177
2178 /*
2179  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2180  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2181  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2182  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2183  */
2184 static bool __ref
2185 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2186 {
2187         return deferred_grow_zone(zone, order);
2188 }
2189
2190 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2191
2192 void __init page_alloc_init_late(void)
2193 {
2194         struct zone *zone;
2195         int nid;
2196
2197 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2198
2199         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2200         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2201         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2202                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2203         }
2204
2205         /* Block until all are initialised */
2206         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2207
2208         /*
2209          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2210          * on-demand struct page initialization.
2211          */
2212         static_branch_disable(&deferred_pages);
2213
2214         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2215         files_maxfiles_init();
2216 #endif
2217
2218         buffer_init();
2219
2220         /* Discard memblock private memory */
2221         memblock_discard();
2222
2223         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2224                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2225
2226         for_each_populated_zone(zone)
2227                 set_zone_contiguous(zone);
2228 }
2229
2230 #ifdef CONFIG_CMA
2231 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2232 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2233 {
2234         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2235         struct page *p = page;
2236
2237         do {
2238                 __ClearPageReserved(p);
2239                 set_page_count(p, 0);
2240         } while (++p, --i);
2241
2242         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2243         set_page_refcounted(page);
2244         __free_pages(page, pageblock_order);
2245
2246         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2247         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2248 }
2249 #endif
2250
2251 /*
2252  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2253  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2254  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2255  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2256  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2257  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2258  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2259  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2260  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2261  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2262  *
2263  * -- nyc
2264  */
2265 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2266         int low, int high, int migratetype)
2267 {
2268         unsigned long size = 1 << high;
2269
2270         while (high > low) {
2271                 high--;
2272                 size >>= 1;
2273                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2274
2275                 /*
2276                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2277                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2278                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2279                  * pages will stay not present in virtual address space
2280                  */
2281                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2282                         continue;
2283
2284                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2285                 set_buddy_order(&page[size], high);
2286         }
2287 }
2288
2289 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2290 {
2291         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2292                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2293                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2294                 return;
2295         }
2296
2297         bad_page(page,
2298                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2299 }
2300
2301 /*
2302  * This page is about to be returned from the page allocator
2303  */
2304 static inline int check_new_page(struct page *page)
2305 {
2306         if (likely(page_expected_state(page,
2307                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2308                 return 0;
2309
2310         check_new_page_bad(page);
2311         return 1;
2312 }
2313
2314 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2315 {
2316         int i;
2317         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2318                 struct page *p = page + i;
2319
2320                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2321                         return true;
2322         }
2323
2324         return false;
2325 }
2326
2327 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2328 /*
2329  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2330  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2331  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2332  */
2333 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2334 {
2335         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2336                 return check_new_pages(page, order);
2337         else
2338                 return false;
2339 }
2340
2341 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2342 {
2343         return check_new_pages(page, order);
2344 }
2345 #else
2346 /*
2347  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2348  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2349  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2350  */
2351 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2352 {
2353         return check_new_pages(page, order);
2354 }
2355 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2356 {
2357         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2358                 return check_new_pages(page, order);
2359         else
2360                 return false;
2361 }
2362 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2363
2364 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags, bool init_tags)
2365 {
2366         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2367         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2368             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2369                 return false;
2370
2371         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2372         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2373                 return true;
2374
2375         /*
2376          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if either:
2377          *
2378          * 1. Memory tags have already been cleared via tag_clear_highpage().
2379          * 2. Skipping has been requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2380          */
2381         return init_tags || (flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON);
2382 }
2383
2384 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2385 {
2386         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2387         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2388                 return false;
2389
2390         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2391         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2392 }
2393
2394 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2395                                 gfp_t gfp_flags)
2396 {
2397         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2398                         !should_skip_init(gfp_flags);
2399         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2400
2401         set_page_private(page, 0);
2402         set_page_refcounted(page);
2403
2404         arch_alloc_page(page, order);
2405         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2406
2407         /*
2408          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2409          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2410          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2411          */
2412         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2413
2414         /*
2415          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2416          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2417          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2418          */
2419
2420         /*
2421          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2422          * should be initialized as well).
2423          */
2424         if (init_tags) {
2425                 int i;
2426
2427                 /* Initialize both memory and tags. */
2428                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2429                         tag_clear_highpage(page + i);
2430
2431                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2432                 init = false;
2433         }
2434         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags, init_tags)) {
2435                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2436                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2437
2438                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2439                 if (kasan_has_integrated_init())
2440                         init = false;
2441         }
2442         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2443         if (init)
2444                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2445         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2446         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2447                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2448
2449         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2450         page_table_check_alloc(page, order);
2451 }
2452
2453 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2454                                                         unsigned int alloc_flags)
2455 {
2456         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2457
2458         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2459                 prep_compound_page(page, order);
2460
2461         /*
2462          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2463          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2464          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2465          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2466          */
2467         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2468                 set_page_pfmemalloc(page);
2469         else
2470                 clear_page_pfmemalloc(page);
2471 }
2472
2473 /*
2474  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2475  * the smallest available page from the freelists
2476  */
2477 static __always_inline
2478 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2479                                                 int migratetype)
2480 {
2481         unsigned int current_order;
2482         struct free_area *area;
2483         struct page *page;
2484
2485         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2486         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2487                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2488                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2489                 if (!page)
2490                         continue;
2491                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2492                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2493                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2494                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2495                                 pcp_allowed_order(order) &&
2496                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2497                 return page;
2498         }
2499
2500         return NULL;
2501 }
2502
2503
2504 /*
2505  * This array describes the order lists are fallen back to when
2506  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2507  *
2508  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2509  */
2510 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2511         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2512         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2513         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2514 };
2515
2516 #ifdef CONFIG_CMA
2517 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2518                                         unsigned int order)
2519 {
2520         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2521 }
2522 #else
2523 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2524                                         unsigned int order) { return NULL; }
2525 #endif
2526
2527 /*
2528  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2529  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2530  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2531  */
2532 static int move_freepages(struct zone *zone,
2533                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2534                           int migratetype, int *num_movable)
2535 {
2536         struct page *page;
2537         unsigned long pfn;
2538         unsigned int order;
2539         int pages_moved = 0;
2540
2541         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2542                 page = pfn_to_page(pfn);
2543                 if (!PageBuddy(page)) {
2544                         /*
2545                          * We assume that pages that could be isolated for
2546                          * migration are movable. But we don't actually try
2547                          * isolating, as that would be expensive.
2548                          */
2549                         if (num_movable &&
2550                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2551                                 (*num_movable)++;
2552                         pfn++;
2553                         continue;
2554                 }
2555
2556                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2557                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2558                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2559
2560                 order = buddy_order(page);
2561                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2562                 pfn += 1 << order;
2563                 pages_moved += 1 << order;
2564         }
2565
2566         return pages_moved;
2567 }
2568
2569 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2570                                 int migratetype, int *num_movable)
2571 {
2572         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2573
2574         if (num_movable)
2575                 *num_movable = 0;
2576
2577         pfn = page_to_pfn(page);
2578         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2579         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2580
2581         /* Do not cross zone boundaries */
2582         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2583                 start_pfn = pfn;
2584         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2585                 return 0;
2586
2587         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2588                                                                 num_movable);
2589 }
2590
2591 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2592                                         int start_order, int migratetype)
2593 {
2594         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2595
2596         while (nr_pageblocks--) {
2597                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2598                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2599         }
2600 }
2601
2602 /*
2603  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2604  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2605  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2606  *
2607  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2608  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2609  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2610  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2611  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2612  * pageblocks.
2613  */
2614 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2615 {
2616         /*
2617          * Leaving this order check is intended, although there is
2618          * relaxed order check in next check. The reason is that
2619          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2620          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2621          * so could be changed anytime.
2622          */
2623         if (order >= pageblock_order)
2624                 return true;
2625
2626         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2627                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2628                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2629                 page_group_by_mobility_disabled)
2630                 return true;
2631
2632         return false;
2633 }
2634
2635 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2636 {
2637         unsigned long max_boost;
2638
2639         if (!watermark_boost_factor)
2640                 return false;
2641         /*
2642          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2643          * On small machines, including kdump capture kernels running
2644          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2645          * memory situation immediately.
2646          */
2647         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2648                 return false;
2649
2650         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2651                         watermark_boost_factor, 10000);
2652
2653         /*
2654          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2655          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2656          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2657          * allocations that early means that reclaim is not going
2658          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2659          * boosted watermark resulting in a hang.
2660          */
2661         if (!max_boost)
2662                 return false;
2663
2664         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2665
2666         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2667                 max_boost);
2668
2669         return true;
2670 }
2671
2672 /*
2673  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2674  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2675  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2676  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2677  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2678  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2679  */
2680 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2681                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2682 {
2683         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2684         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2685         int old_block_type;
2686
2687         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2688
2689         /*
2690          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2691          * highatomic accounting.
2692          */
2693         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2694                 goto single_page;
2695
2696         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2697         if (current_order >= pageblock_order) {
2698                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2699                 goto single_page;
2700         }
2701
2702         /*
2703          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2704          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2705          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2706          */
2707         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2708                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2709
2710         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2711         if (!whole_block)
2712                 goto single_page;
2713
2714         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2715                                                 &movable_pages);
2716         /*
2717          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2718          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2719          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2720          */
2721         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2722                 alike_pages = movable_pages;
2723         } else {
2724                 /*
2725                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2726                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2727                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2728                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2729                  * exact migratetype of non-movable pages.
2730                  */
2731                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2732                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2733                                                 - (free_pages + movable_pages);
2734                 else
2735                         alike_pages = 0;
2736         }
2737
2738         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2739         if (!free_pages)
2740                 goto single_page;
2741
2742         /*
2743          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2744          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2745          */
2746         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2747                         page_group_by_mobility_disabled)
2748                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2749
2750         return;
2751
2752 single_page:
2753         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2754 }
2755
2756 /*
2757  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2758  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2759  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2760  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2761  */
2762 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2763                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2764 {
2765         int i;
2766         int fallback_mt;
2767
2768         if (area->nr_free == 0)
2769                 return -1;
2770
2771         *can_steal = false;
2772         for (i = 0;; i++) {
2773                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2774                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2775                         break;
2776
2777                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2778                         continue;
2779
2780                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2781                         *can_steal = true;
2782
2783                 if (!only_stealable)
2784                         return fallback_mt;
2785
2786                 if (*can_steal)
2787                         return fallback_mt;
2788         }
2789
2790         return -1;
2791 }
2792
2793 /*
2794  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2795  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2796  */
2797 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2798                                 unsigned int alloc_order)
2799 {
2800         int mt;
2801         unsigned long max_managed, flags;
2802
2803         /*
2804          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2805          * Check is race-prone but harmless.
2806          */
2807         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2808         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2809                 return;
2810
2811         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2812
2813         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2814         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2815                 goto out_unlock;
2816
2817         /* Yoink! */
2818         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2819         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2820         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2821                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2822                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2823                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2824         }
2825
2826 out_unlock:
2827         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2828 }
2829
2830 /*
2831  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2832  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2833  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2834  * to recover from than an OOM.
2835  *
2836  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2837  * pageblock is exhausted.
2838  */
2839 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2840                                                 bool force)
2841 {
2842         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2843         unsigned long flags;
2844         struct zoneref *z;
2845         struct zone *zone;
2846         struct page *page;
2847         int order;
2848         bool ret;
2849
2850         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2851                                                                 ac->nodemask) {
2852                 /*
2853                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2854                  * is really high.
2855                  */
2856                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2857                                         pageblock_nr_pages)
2858                         continue;
2859
2860                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2861                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2862                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2863
2864                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2865                         if (!page)
2866                                 continue;
2867
2868                         /*
2869                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2870                          * we can counter several free pages in a pageblock
2871                          * in this loop although we changed the pageblock type
2872                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2873                          * adjust the count once.
2874                          */
2875                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2876                                 /*
2877                                  * It should never happen but changes to
2878                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2879                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2880                                  * while unreserving so be safe and watch for
2881                                  * underflows.
2882                                  */
2883                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2884                                                 pageblock_nr_pages,
2885                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2886                         }
2887
2888                         /*
2889                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2890                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2891                          * is doing the work and needs the pages. More
2892                          * importantly, if the block was always converted to
2893                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2894                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2895                          * may increase.
2896                          */
2897                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2898                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2899                                                                         NULL);
2900                         if (ret) {
2901                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2902                                 return ret;
2903                         }
2904                 }
2905                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2906         }
2907
2908         return false;
2909 }
2910
2911 /*
2912  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2913  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2914  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2915  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2916  *
2917  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2918  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2919  * condition simpler.
2920  */
2921 static __always_inline bool
2922 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2923                                                 unsigned int alloc_flags)
2924 {
2925         struct free_area *area;
2926         int current_order;
2927         int min_order = order;
2928         struct page *page;
2929         int fallback_mt;
2930         bool can_steal;
2931
2932         /*
2933          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2934          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2935          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2936          */
2937         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2938                 min_order = pageblock_order;
2939
2940         /*
2941          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2942          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2943          * would be too costly to do exactly.
2944          */
2945         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2946                                 --current_order) {
2947                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2948                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2949                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2950                 if (fallback_mt == -1)
2951                         continue;
2952
2953                 /*
2954                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2955                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2956                  * steal and split the smallest available page instead of the
2957                  * largest available page, because even if the next movable
2958                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2959                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2960                  */
2961                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2962                                         && current_order > order)
2963                         goto find_smallest;
2964
2965                 goto do_steal;
2966         }
2967
2968         return false;
2969
2970 find_smallest:
2971         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2972                                                         current_order++) {
2973                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2974                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2975                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2976                 if (fallback_mt != -1)
2977                         break;
2978         }
2979
2980         /*
2981          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2982          * when looking for the largest page.
2983          */
2984         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2985
2986 do_steal:
2987         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2988
2989         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2990                                                                 can_steal);
2991
2992         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2993                 start_migratetype, fallback_mt);
2994
2995         return true;
2996
2997 }
2998
2999 /*
3000  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3001  * Call me with the zone->lock already held.
3002  */
3003 static __always_inline struct page *
3004 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3005                                                 unsigned int alloc_flags)
3006 {
3007         struct page *page;
3008
3009         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3010                 /*
3011                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3012                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3013                  * is in the CMA area.
3014                  */
3015                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3016                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3017                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3018                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3019                         if (page)
3020                                 return page;
3021                 }
3022         }
3023 retry:
3024         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3025         if (unlikely(!page)) {
3026                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3027                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3028
3029                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3030                                                                 alloc_flags))
3031                         goto retry;
3032         }
3033         return page;
3034 }
3035
3036 /*
3037  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3038  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3039  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3040  */
3041 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3042                         unsigned long count, struct list_head *list,
3043                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3044 {
3045         int i, allocated = 0;
3046
3047         /*
3048          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3049          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3050          */
3051         spin_lock(&zone->lock);
3052         for (i = 0; i < count; ++i) {
3053                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3054                                                                 alloc_flags);
3055                 if (unlikely(page == NULL))
3056                         break;
3057
3058                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3059                         continue;
3060
3061                 /*
3062                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3063                  * physical page order. The page is added to the tail of
3064                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3065                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3066                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3067                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3068                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3069                  * pages are ordered properly.
3070                  */
3071                 list_add_tail(&page->lru, list);
3072                 allocated++;
3073                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3074                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3075                                               -(1 << order));
3076         }
3077
3078         /*
3079          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3080          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3081          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3082          * pages added to the pcp list.
3083          */
3084         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3085         spin_unlock(&zone->lock);
3086         return allocated;
3087 }
3088
3089 #ifdef CONFIG_NUMA
3090 /*
3091  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3092  * currently executing processor on remote nodes after they have
3093  * expired.
3094  *
3095  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3096  * a single processor.
3097  */
3098 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3099 {
3100         unsigned long flags;
3101         int to_drain, batch;
3102
3103         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3104         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3105         to_drain = min(pcp->count, batch);
3106         if (to_drain > 0)
3107                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3108         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3109 }
3110 #endif
3111
3112 /*
3113  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3114  *
3115  * The processor must either be the current processor and the
3116  * thread pinned to the current processor or a processor that
3117  * is not online.
3118  */
3119 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3120 {
3121         unsigned long flags;
3122         struct per_cpu_pages *pcp;
3123
3124         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3125
3126         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3127         if (pcp->count)
3128                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3129
3130         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3131 }
3132
3133 /*
3134  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3135  *
3136  * The processor must either be the current processor and the
3137  * thread pinned to the current processor or a processor that
3138  * is not online.
3139  */
3140 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3141 {
3142         struct zone *zone;
3143
3144         for_each_populated_zone(zone) {
3145                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3146         }
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3151  *
3152  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3153  * the single zone's pages.
3154  */
3155 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3156 {
3157         int cpu = smp_processor_id();
3158
3159         if (zone)
3160                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3161         else
3162                 drain_pages(cpu);
3163 }
3164
3165 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3166 {
3167         struct pcpu_drain *drain;
3168
3169         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3170
3171         /*
3172          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3173          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3174          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3175          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3176          * a different one.
3177          */
3178         migrate_disable();
3179         drain_local_pages(drain->zone);
3180         migrate_enable();
3181 }
3182
3183 /*
3184  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3185  * drain on all cpus.
3186  *
3187  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3188  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3189  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3190  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3191  * optimizing racy check.
3192  */
3193 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3194 {
3195         int cpu;
3196
3197         /*
3198          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3199          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3200          */
3201         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3202
3203         /*
3204          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3205          * initialized.
3206          */
3207         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3208                 return;
3209
3210         /*
3211          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3212          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3213          * the drain to be complete when the call returns.
3214          */
3215         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3216                 if (!zone)
3217                         return;
3218                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3219         }
3220
3221         /*
3222          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3223          * as offline notification will cause the notified
3224          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3225          * disables preemption as part of its processing
3226          */
3227         for_each_online_cpu(cpu) {
3228                 struct per_cpu_pages *pcp;
3229                 struct zone *z;
3230                 bool has_pcps = false;
3231
3232                 if (force_all_cpus) {
3233                         /*
3234                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3235                          * guarantee that no cpu is missed.
3236                          */
3237                         has_pcps = true;
3238                 } else if (zone) {
3239                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3240                         if (pcp->count)
3241                                 has_pcps = true;
3242                 } else {
3243                         for_each_populated_zone(z) {
3244                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3245                                 if (pcp->count) {
3246                                         has_pcps = true;
3247                                         break;
3248                                 }
3249                         }
3250                 }
3251
3252                 if (has_pcps)
3253                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3254                 else
3255                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3256         }
3257
3258         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3259                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3260
3261                 drain->zone = zone;
3262                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3263                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3264         }
3265         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3266                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3267
3268         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3269 }
3270
3271 /*
3272  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3273  *
3274  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3275  *
3276  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3277  */
3278 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3279 {
3280         __drain_all_pages(zone, false);
3281 }
3282
3283 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3284
3285 /*
3286  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3287  */
3288 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3289
3290 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3291 {
3292         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3293         unsigned long flags;
3294         unsigned int order, t;
3295         struct page *page;
3296
3297         if (zone_is_empty(zone))
3298                 return;
3299
3300         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3301
3302         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3303         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3304                 if (pfn_valid(pfn)) {
3305                         page = pfn_to_page(pfn);
3306
3307                         if (!--page_count) {
3308                                 touch_nmi_watchdog();
3309                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3310                         }
3311
3312                         if (page_zone(page) != zone)
3313                                 continue;
3314
3315                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3316                                 swsusp_unset_page_free(page);
3317                 }
3318
3319         for_each_migratetype_order(order, t) {
3320                 list_for_each_entry(page,
3321                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3322                         unsigned long i;
3323
3324                         pfn = page_to_pfn(page);
3325                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3326                                 if (!--page_count) {
3327                                         touch_nmi_watchdog();
3328                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3329                                 }
3330                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3331                         }
3332                 }
3333         }
3334         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3335 }
3336 #endif /* CONFIG_PM */
3337
3338 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3339                                                         unsigned int order)
3340 {
3341         int migratetype;
3342
3343         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3344                 return false;
3345
3346         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3347         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3348         return true;
3349 }
3350
3351 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3352                        bool free_high)
3353 {
3354         int min_nr_free, max_nr_free;
3355
3356         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3357         if (unlikely(free_high))
3358                 return pcp->count;
3359
3360         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3361         if (unlikely(high < batch))
3362                 return 1;
3363
3364         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3365         min_nr_free = batch;
3366         max_nr_free = high - batch;
3367
3368         /*
3369          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3370          * freeing of pages without any allocation.
3371          */
3372         batch <<= pcp->free_factor;
3373         if (batch < max_nr_free)
3374                 pcp->free_factor++;
3375         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3376
3377         return batch;
3378 }
3379
3380 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3381                        bool free_high)
3382 {
3383         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3384
3385         if (unlikely(!high || free_high))
3386                 return 0;
3387
3388         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3389                 return high;
3390
3391         /*
3392          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3393          * stored on pcp lists
3394          */
3395         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3396 }
3397
3398 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3399                                    unsigned int order)
3400 {
3401         struct zone *zone = page_zone(page);
3402         struct per_cpu_pages *pcp;
3403         int high;
3404         int pindex;
3405         bool free_high;
3406
3407         __count_vm_event(PGFREE);
3408         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3409         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3410         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3411         pcp->count += 1 << order;
3412
3413         /*
3414          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3415          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3416          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3417          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3418          */
3419         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3420
3421         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3422         if (pcp->count >= high) {
3423                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3424
3425                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3426         }
3427 }
3428
3429 /*
3430  * Free a pcp page
3431  */
3432 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3433 {
3434         unsigned long flags;
3435         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3436         int migratetype;
3437
3438         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3439                 return;
3440
3441         /*
3442          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3443          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3444          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3445          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3446          * excessively into the page allocator
3447          */
3448         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3449         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3450                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3451                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3452                         return;
3453                 }
3454                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3455         }
3456
3457         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3458         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3459         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3460 }
3461
3462 /*
3463  * Free a list of 0-order pages
3464  */
3465 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3466 {
3467         struct page *page, *next;
3468         unsigned long flags;
3469         int batch_count = 0;
3470         int migratetype;
3471
3472         /* Prepare pages for freeing */
3473         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3474                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3475                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3476                         list_del(&page->lru);
3477                         continue;
3478                 }
3479
3480                 /*
3481                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3482                  * comment in free_unref_page.
3483                  */
3484                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3485                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3486                         list_del(&page->lru);
3487                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3488                         continue;
3489                 }
3490         }
3491
3492         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3493         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3494                 /*
3495                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3496                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3497                  */
3498                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3499                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3500                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3501
3502                 trace_mm_page_free_batched(page);
3503                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3504
3505                 /*
3506                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3507                  * a large list of pages to free.
3508                  */
3509                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3510                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3511                         batch_count = 0;
3512                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3513                 }
3514         }
3515         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3516 }
3517
3518 /*
3519  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3520  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3521  * Each sub-page must be freed individually.
3522  *
3523  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3524  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3525  */
3526 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3527 {
3528         int i;
3529
3530         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3531         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3532
3533         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3534                 set_page_refcounted(page + i);
3535         split_page_owner(page, 1 << order);
3536         split_page_memcg(page, 1 << order);
3537 }
3538 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3539
3540 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3541 {
3542         unsigned long watermark;
3543         struct zone *zone;
3544         int mt;
3545
3546         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3547
3548         zone = page_zone(page);
3549         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3550
3551         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3552                 /*
3553                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3554                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3555                  * watermark, because we already know our high-order page
3556                  * exists.
3557                  */
3558                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3559                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3560                         return 0;
3561
3562                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3563         }
3564
3565         /* Remove page from free list */
3566
3567         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3568
3569         /*
3570          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3571          * pageblock
3572          */
3573         if (order >= pageblock_order - 1) {
3574                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3575                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3576                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3577                         /*
3578                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3579                          * with others)
3580                          */
3581                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3582                                 set_pageblock_migratetype(page,
3583                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3584                 }
3585         }
3586
3587
3588         return 1UL << order;
3589 }
3590
3591 /**
3592  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3593  * @page: Page that was isolated
3594  * @order: Order of the isolated page
3595  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3596  *
3597  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3598  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3599  */
3600 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3601 {
3602         struct zone *zone = page_zone(page);
3603
3604         /* zone lock should be held when this function is called */
3605         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3606
3607         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3608         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3609                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3610 }
3611
3612 /*
3613  * Update NUMA hit/miss statistics
3614  *
3615  * Must be called with interrupts disabled.
3616  */
3617 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3618                                    long nr_account)
3619 {
3620 #ifdef CONFIG_NUMA
3621         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3622
3623         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3624         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3625                 return;
3626
3627         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3628                 local_stat = NUMA_OTHER;
3629
3630         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3631                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3632         else {
3633                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3634                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3635         }
3636         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3637 #endif
3638 }
3639
3640 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3641 static inline
3642 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3643                         int migratetype,
3644                         unsigned int alloc_flags,
3645                         struct per_cpu_pages *pcp,
3646                         struct list_head *list)
3647 {
3648         struct page *page;
3649
3650         do {
3651                 if (list_empty(list)) {
3652                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3653                         int alloced;
3654
3655                         /*
3656                          * Scale batch relative to order if batch implies
3657                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3658                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3659                          * should never store free pages as the pages may
3660                          * belong to arbitrary zones.
3661                          */
3662                         if (batch > 1)
3663                                 batch = max(batch >> order, 2);
3664                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3665                                         batch, list,
3666                                         migratetype, alloc_flags);
3667
3668                         pcp->count += alloced << order;
3669                         if (unlikely(list_empty(list)))
3670                                 return NULL;
3671                 }
3672
3673                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3674                 list_del(&page->lru);
3675                 pcp->count -= 1 << order;
3676         } while (check_new_pcp(page, order));
3677
3678         return page;
3679 }
3680
3681 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3682 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3683                         struct zone *zone, unsigned int order,
3684                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3685                         unsigned int alloc_flags)
3686 {
3687         struct per_cpu_pages *pcp;
3688         struct list_head *list;
3689         struct page *page;
3690         unsigned long flags;
3691
3692         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3693
3694         /*
3695          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3696          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3697          * frees.
3698          */
3699         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3700         pcp->free_factor >>= 1;
3701         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3702         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3703         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3704         if (page) {
3705                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3706                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3707         }
3708         return page;
3709 }
3710
3711 /*
3712  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3713  */
3714 static inline
3715 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3716                         struct zone *zone, unsigned int order,
3717                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3718                         int migratetype)
3719 {
3720         unsigned long flags;
3721         struct page *page;
3722
3723         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3724                 /*
3725                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3726                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3727                  */
3728                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3729                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3730                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3731                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3732                         goto out;
3733                 }
3734         }
3735
3736         /*
3737          * We most definitely don't want callers attempting to
3738          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3739          */
3740         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3741
3742         do {
3743                 page = NULL;
3744                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3745                 /*
3746                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3747                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3748                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3749                  * request should skip it.
3750                  */
3751                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3752                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3753                 if (!page) {
3754                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3755                         if (!page)
3756                                 goto failed;
3757                 }
3758                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3759                                           get_pcppage_migratetype(page));
3760                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3761         } while (check_new_pages(page, order));
3762
3763         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3764         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3765
3766 out:
3767         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3768         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3769                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3770                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3771         }
3772
3773         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3774         return page;
3775
3776 failed:
3777         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3778         return NULL;
3779 }
3780
3781 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3782
3783 static struct {
3784         struct fault_attr attr;
3785
3786         bool ignore_gfp_highmem;
3787         bool ignore_gfp_reclaim;
3788         u32 min_order;
3789 } fail_page_alloc = {
3790         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3791         .ignore_gfp_reclaim = true,
3792         .ignore_gfp_highmem = true,
3793         .min_order = 1,
3794 };
3795
3796 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3797 {
3798         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3799 }
3800 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3801
3802 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3803 {
3804         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3805                 return false;
3806         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3807                 return false;
3808         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3809                 return false;
3810         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3811                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3812                 return false;
3813
3814         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3815                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3816
3817         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3818 }
3819
3820 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3821
3822 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3823 {
3824         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3825         struct dentry *dir;
3826
3827         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3828                                         &fail_page_alloc.attr);
3829
3830         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3831                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3832         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3833                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3834         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3835
3836         return 0;
3837 }
3838
3839 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3840
3841 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3842
3843 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3844
3845 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3846 {
3847         return false;
3848 }
3849
3850 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3851
3852 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3853 {
3854         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3855 }
3856 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3857
3858 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3859                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3860 {
3861         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3862         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3863
3864         /*
3865          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3866          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3867          * atomic reserve but it avoids a search.
3868          */
3869         if (likely(!alloc_harder))
3870                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3871
3872 #ifdef CONFIG_CMA
3873         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3874         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3875                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3876 #endif
3877
3878         return unusable_free;
3879 }
3880
3881 /*
3882  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3883  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3884  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3885  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3886  */
3887 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3888                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3889                          long free_pages)
3890 {
3891         long min = mark;
3892         int o;
3893         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3894
3895         /* free_pages may go negative - that's OK */
3896         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3897
3898         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3899                 min -= min / 2;
3900
3901         if (unlikely(alloc_harder)) {
3902                 /*
3903                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3904                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3905                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3906                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3907                  */
3908                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3909                         min -= min / 2;
3910                 else
3911                         min -= min / 4;
3912         }
3913
3914         /*
3915          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3916          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3917          * even if a suitable page happened to be free.
3918          */
3919         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3920                 return false;
3921
3922         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3923         if (!order)
3924                 return true;
3925
3926         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3927         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3928                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3929                 int mt;
3930
3931                 if (!area->nr_free)
3932                         continue;
3933
3934                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3935                         if (!free_area_empty(area, mt))
3936                                 return true;
3937                 }
3938
3939 #ifdef CONFIG_CMA
3940                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3941                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3942                         return true;
3943                 }
3944 #endif
3945                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3946                         return true;
3947         }
3948         return false;
3949 }
3950
3951 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3952                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3953 {
3954         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3955                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3956 }
3957
3958 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3959                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3960                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3961 {
3962         long free_pages;
3963
3964         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3965
3966         /*
3967          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3968          * need to be calculated.
3969          */
3970         if (!order) {
3971                 long fast_free;
3972
3973                 fast_free = free_pages;
3974                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3975                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3976                         return true;
3977         }
3978
3979         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3980                                         free_pages))
3981                 return true;
3982         /*
3983          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3984          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3985          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3986          * when below the low watermark.
3987          */
3988         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3989                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3990                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3991                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3992                                         alloc_flags, free_pages);
3993         }
3994
3995         return false;
3996 }
3997
3998 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3999                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4000 {
4001         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4002
4003         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4004                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4005
4006         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4007                                                                 free_pages);
4008 }
4009
4010 #ifdef CONFIG_NUMA
4011 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4012
4013 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4014 {
4015         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4016                                 node_reclaim_distance;
4017 }
4018 #else   /* CONFIG_NUMA */
4019 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4020 {
4021         return true;
4022 }
4023 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4024
4025 /*
4026  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4027  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4028  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4029  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4030  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4031  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4032  */
4033 static inline unsigned int
4034 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4035 {
4036         unsigned int alloc_flags;
4037
4038         /*
4039          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4040          * to save a branch.
4041          */
4042         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4043
4044 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4045         if (!zone)
4046                 return alloc_flags;
4047
4048         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4049                 return alloc_flags;
4050
4051         /*
4052          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4053          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4054          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4055          */
4056         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4057         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4058                 return alloc_flags;
4059
4060         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4061 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4062         return alloc_flags;
4063 }
4064
4065 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4066 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4067                                                   unsigned int alloc_flags)
4068 {
4069 #ifdef CONFIG_CMA
4070         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4071                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4072 #endif
4073         return alloc_flags;
4074 }
4075
4076 /*
4077  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4078  * a page.
4079  */
4080 static struct page *
4081 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4082                                                 const struct alloc_context *ac)
4083 {
4084         struct zoneref *z;
4085         struct zone *zone;
4086         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4087         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4088         bool no_fallback;
4089
4090 retry:
4091         /*
4092          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4093          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4094          */
4095         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4096         z = ac->preferred_zoneref;
4097         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4098                                         ac->nodemask) {
4099                 struct page *page;
4100                 unsigned long mark;
4101
4102                 if (cpusets_enabled() &&
4103                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4104                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4105                                 continue;
4106                 /*
4107                  * When allocating a page cache page for writing, we
4108                  * want to get it from a node that is within its dirty
4109                  * limit, such that no single node holds more than its
4110                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4111                  * The dirty limits take into account the node's
4112                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4113                  * should be able to balance it without having to
4114                  * write pages from its LRU list.
4115                  *
4116                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4117                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4118                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4119                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4120                  * nodes are together not big enough to reach the
4121                  * global limit.  The proper fix for these situations
4122                  * will require awareness of nodes in the
4123                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4124                  */
4125                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4126                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4127                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4128                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4129                         }
4130
4131                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4132                                 continue;
4133                 }
4134
4135                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4136                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4137                         int local_nid;
4138
4139                         /*
4140                          * If moving to a remote node, retry but allow
4141                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4142                          * than fragmentation avoidance.
4143                          */
4144                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4145                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4146                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4147                                 goto retry;
4148                         }
4149                 }
4150
4151                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4152                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4153                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4154                                        gfp_mask)) {
4155                         int ret;
4156
4157 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4158                         /*
4159                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4160                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4161                          */
4162                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4163                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4164                                         goto try_this_zone;
4165                         }
4166 #endif
4167                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4168                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4169                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4170                                 goto try_this_zone;
4171
4172                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4173                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4174                                 continue;
4175
4176                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4177                         switch (ret) {
4178                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4179                                 /* did not scan */
4180                                 continue;
4181                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4182                                 /* scanned but unreclaimable */
4183                                 continue;
4184                         default:
4185                                 /* did we reclaim enough */
4186                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4187                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4188                                         goto try_this_zone;
4189
4190                                 continue;
4191                         }
4192                 }
4193
4194 try_this_zone:
4195                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4196                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4197                 if (page) {
4198                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4199
4200                         /*
4201                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4202                          * if the pageblock should be reserved for the future
4203                          */
4204                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4205                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4206
4207                         return page;
4208                 } else {
4209 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4210                         /* Try again if zone has deferred pages */
4211                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4212                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4213                                         goto try_this_zone;
4214                         }
4215 #endif
4216                 }
4217         }
4218
4219         /*
4220          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4221          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4222          */
4223         if (no_fallback) {
4224                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4225                 goto retry;
4226         }
4227
4228         return NULL;
4229 }
4230
4231 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4232 {
4233         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4234
4235         /*
4236          * This documents exceptions given to allocations in certain
4237          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4238          * of allowed nodes.
4239          */
4240         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4241                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4242                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4243                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4244         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4245                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4246
4247         show_mem(filter, nodemask);
4248 }
4249
4250 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4251 {
4252         struct va_format vaf;
4253         va_list args;
4254         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4255
4256         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4257              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4258              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4259                 return;
4260
4261         va_start(args, fmt);
4262         vaf.fmt = fmt;
4263         vaf.va = &args;
4264         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4265                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4266                         nodemask_pr_args(nodemask));
4267         va_end(args);
4268
4269         cpuset_print_current_mems_allowed();
4270         pr_cont("\n");
4271         dump_stack();
4272         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4273 }
4274
4275 static inline struct page *
4276 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4277                               unsigned int alloc_flags,
4278                               const struct alloc_context *ac)
4279 {
4280         struct page *page;
4281
4282         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4283                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4284         /*
4285          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4286          * are depleted
4287          */
4288         if (!page)
4289                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4290                                 alloc_flags, ac);
4291
4292         return page;
4293 }
4294
4295 static inline struct page *
4296 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4297         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4298 {
4299         struct oom_control oc = {
4300                 .zonelist = ac->zonelist,
4301                 .nodemask = ac->nodemask,
4302                 .memcg = NULL,
4303                 .gfp_mask = gfp_mask,
4304                 .order = order,
4305         };
4306         struct page *page;
4307
4308         *did_some_progress = 0;
4309
4310         /*
4311          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4312          * making progress for us.
4313          */
4314         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4315                 *did_some_progress = 1;
4316                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4317                 return NULL;
4318         }
4319
4320         /*
4321          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4322          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4323          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4324          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4325          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4326          */
4327         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4328                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4329                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4330         if (page)
4331                 goto out;
4332
4333         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4334         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4335                 goto out;
4336         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4337         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4338                 goto out;
4339         /*
4340          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4341          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4342          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4343          * fallback than shooting a random task.
4344          *
4345          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4346          */
4347         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4348                 goto out;
4349         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4350         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4351                 goto out;
4352         if (pm_suspended_storage())
4353                 goto out;
4354         /*
4355          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4356          * other request to make a forward progress.
4357          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4358          * do much for this context but let's try it to at least get
4359          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4360          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4361          * failures more gracefully we should just bail out here.
4362          */
4363
4364         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4365         if (out_of_memory(&oc) ||
4366             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4367                 *did_some_progress = 1;
4368
4369                 /*
4370                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4371                  * reserves
4372                  */
4373                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4374                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4375                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4376         }
4377 out:
4378         mutex_unlock(&oom_lock);
4379         return page;
4380 }
4381
4382 /*
4383  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4384  * killer is consider as the only way to move forward.
4385  */
4386 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4387
4388 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4389 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4390 static struct page *
4391 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4392                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4393                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4394 {
4395         struct page *page = NULL;
4396         unsigned long pflags;
4397         unsigned int noreclaim_flag;
4398
4399         if (!order)
4400                 return NULL;
4401
4402         psi_memstall_enter(&pflags);
4403         delayacct_compact_start();
4404         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4405
4406         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4407                                                                 prio, &page);
4408
4409         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4410         psi_memstall_leave(&pflags);
4411         delayacct_compact_end();
4412
4413         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4414                 return NULL;
4415         /*
4416          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4417          * count a compaction stall
4418          */
4419         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4420
4421         /* Prep a captured page if available */
4422         if (page)
4423                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4424
4425         /* Try get a page from the freelist if available */
4426         if (!page)
4427                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4428
4429         if (page) {
4430                 struct zone *zone = page_zone(page);
4431
4432                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4433                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4434                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4435                 return page;
4436         }
4437
4438         /*
4439          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4440          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4441          */
4442         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4443
4444         cond_resched();
4445
4446         return NULL;
4447 }
4448
4449 static inline bool
4450 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4451                      enum compact_result compact_result,
4452                      enum compact_priority *compact_priority,
4453                      int *compaction_retries)
4454 {
4455         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4456         int min_priority;
4457         bool ret = false;
4458         int retries = *compaction_retries;
4459         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4460
4461         if (!order)
4462                 return false;
4463
4464         if (fatal_signal_pending(current))
4465                 return false;
4466
4467         if (compaction_made_progress(compact_result))
4468                 (*compaction_retries)++;
4469
4470         /*
4471          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4472          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4473          * failure could be caused by insufficient priority
4474          */
4475         if (compaction_failed(compact_result))
4476                 goto check_priority;
4477
4478         /*
4479          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4480          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4481          */
4482         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4483                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4484                 goto out;
4485         }
4486
4487         /*
4488          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4489          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4490          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4491          * we don't just keep bailing out endlessly.
4492          */
4493         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4494                 goto check_priority;
4495         }
4496
4497         /*
4498          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4499          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4500          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4501          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4502          * would need much more detailed feedback from compaction to
4503          * make a better decision.
4504          */
4505         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4506                 max_retries /= 4;
4507         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4508                 ret = true;
4509                 goto out;
4510         }
4511
4512         /*
4513          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4514          * all retries or failed at the lower priorities.
4515          */
4516 check_priority:
4517         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4518                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4519
4520         if (*compact_priority > min_priority) {
4521                 (*compact_priority)--;
4522                 *compaction_retries = 0;
4523                 ret = true;
4524         }
4525 out:
4526         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4527         return ret;
4528 }
4529 #else
4530 static inline struct page *
4531 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4532                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4533                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4534 {
4535         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4536         return NULL;
4537 }
4538
4539 static inline bool
4540 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4541                      enum compact_result compact_result,
4542                      enum compact_priority *compact_priority,
4543                      int *compaction_retries)
4544 {
4545         struct zone *zone;
4546         struct zoneref *z;
4547
4548         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4549                 return false;
4550
4551         /*
4552          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4553          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4554          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4555          * watermarks are OK.
4556          */
4557         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4558                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4559                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4560                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4561                         return true;
4562         }
4563         return false;
4564 }
4565 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4566
4567 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4568 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4569         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4570
4571 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4572 {
4573         /* no reclaim without waiting on it */
4574         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4575                 return false;
4576
4577         /* this guy won't enter reclaim */
4578         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4579                 return false;
4580
4581         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4582                 return false;
4583
4584         return true;
4585 }
4586
4587 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4588 {
4589         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4590 }
4591
4592 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4593 {
4594         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4595 }
4596
4597 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4598 {
4599         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4600
4601         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4602                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4603                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4604
4605 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4606                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4607                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4608 #endif
4609
4610         }
4611 }
4612 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4613
4614 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4615 {
4616         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4617
4618         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4619                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4620                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4621         }
4622 }
4623 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4624 #endif
4625
4626 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4627 static unsigned long
4628 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4629                                         const struct alloc_context *ac)
4630 {
4631         unsigned int noreclaim_flag;
4632         unsigned long progress;
4633
4634         cond_resched();
4635
4636         /* We now go into synchronous reclaim */
4637         cpuset_memory_pressure_bump();
4638         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4639         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4640
4641         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4642                                                                 ac->nodemask);
4643
4644         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4645         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4646
4647         cond_resched();
4648
4649         return progress;
4650 }
4651
4652 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4653 static inline struct page *
4654 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4655                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4656                 unsigned long *did_some_progress)
4657 {
4658         struct page *page = NULL;
4659         unsigned long pflags;
4660         bool drained = false;
4661
4662         psi_memstall_enter(&pflags);
4663         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4664         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4665                 goto out;
4666
4667 retry:
4668         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4669
4670         /*
4671          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4672          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4673          * Shrink them and try again
4674          */
4675         if (!page && !drained) {
4676                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4677                 drain_all_pages(NULL);
4678                 drained = true;
4679                 goto retry;
4680         }
4681 out:
4682         psi_memstall_leave(&pflags);
4683
4684         return page;
4685 }
4686
4687 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4688                              const struct alloc_context *ac)
4689 {
4690         struct zoneref *z;
4691         struct zone *zone;
4692         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4693         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4694
4695         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4696                                         ac->nodemask) {
4697                 if (!managed_zone(zone))
4698                         continue;
4699                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4700                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4701                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4702                 }
4703         }
4704 }
4705
4706 static inline unsigned int
4707 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4708 {
4709         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4710
4711         /*
4712          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4713          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4714          * to save two branches.
4715          */
4716         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4717         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4718
4719         /*
4720          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4721          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4722          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4723          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4724          */
4725         alloc_flags |= (__force int)
4726                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4727
4728         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4729                 /*
4730                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4731                  * if it can't schedule.
4732                  */
4733                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4734                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4735                 /*
4736                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4737                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4738                  */
4739                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4740         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4741                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4742
4743         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4744
4745         return alloc_flags;
4746 }
4747
4748 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4749 {
4750         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4751                 return false;
4752
4753         /*
4754          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4755          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4756          */
4757         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4758                 return false;
4759
4760         return true;
4761 }
4762
4763 /*
4764  * Distinguish requests which really need access to full memory
4765  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4766  */
4767 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4768 {
4769         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4770                 return 0;
4771         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4772                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4773         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4774                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4775         if (!in_interrupt()) {
4776                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4777                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4778                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4779                         return ALLOC_OOM;
4780         }
4781
4782         return 0;
4783 }
4784
4785 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4786 {
4787         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4788 }
4789
4790 /*
4791  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4792  * for the given allocation request.
4793  *
4794  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4795  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4796  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4797  *
4798  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4799  */
4800 static inline bool
4801 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4802                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4803                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4804 {
4805         struct zone *zone;
4806         struct zoneref *z;
4807         bool ret = false;
4808
4809         /*
4810          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4811          * their order will become available due to high fragmentation so
4812          * always increment the no progress counter for them
4813          */
4814         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4815                 *no_progress_loops = 0;
4816         else
4817                 (*no_progress_loops)++;
4818
4819         /*
4820          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4821          * several times in the row.
4822          */
4823         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4824                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4825                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4826         }
4827
4828         /*
4829          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4830          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4831          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4832          * screwed and have to go OOM.
4833          */
4834         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4835                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4836                 unsigned long available;
4837                 unsigned long reclaimable;
4838                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4839                 bool wmark;
4840
4841                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4842                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4843
4844                 /*
4845                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4846                  * reclaimable pages?
4847                  */
4848                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4849                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4850                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4851                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4852                 if (wmark) {
4853                         ret = true;
4854                         break;
4855                 }
4856         }
4857
4858         /*
4859          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4860          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4861          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4862          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4863          * here rather than calling cond_resched().
4864          */
4865         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4866                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4867         else
4868                 cond_resched();
4869         return ret;
4870 }
4871
4872 static inline bool
4873 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4874 {
4875         /*
4876          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4877          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4878          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4879          * such a way the check therein was true, and then it became false
4880          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4881          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4882          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4883          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4884          * caller can deal with a violated nodemask.
4885          */
4886         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4887                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4888                 ac->nodemask = NULL;
4889                 return true;
4890         }
4891
4892         /*
4893          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4894          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4895          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4896          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4897          * retry.
4898          */
4899         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4900                 return true;
4901
4902         return false;
4903 }
4904
4905 static inline struct page *
4906 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4907                                                 struct alloc_context *ac)
4908 {
4909         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4910         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4911         struct page *page = NULL;
4912         unsigned int alloc_flags;
4913         unsigned long did_some_progress;
4914         enum compact_priority compact_priority;
4915         enum compact_result compact_result;
4916         int compaction_retries;
4917         int no_progress_loops;
4918         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4919         int reserve_flags;
4920
4921         /*
4922          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4923          * callers that are not in atomic context.
4924          */
4925         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4926                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4927                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4928
4929 retry_cpuset:
4930         compaction_retries = 0;
4931         no_progress_loops = 0;
4932         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4933         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4934
4935         /*
4936          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4937          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4938          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4939          */
4940         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4941
4942         /*
4943          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4944          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4945          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4946          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4947          */
4948         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4949                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4950         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4951                 goto nopage;
4952
4953         /*
4954          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4955          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4956          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4957          */
4958         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4959                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4960                                         ac->highest_zoneidx,
4961                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4962                 if (!z->zone)
4963                         goto nopage;
4964         }
4965
4966         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4967                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4968
4969         /*
4970          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4971          * that first
4972          */
4973         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4974         if (page)
4975                 goto got_pg;
4976
4977         /*
4978          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4979          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4980          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4981          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4982          * same migratetype.
4983          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4984          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4985          */
4986         if (can_direct_reclaim &&
4987                         (costly_order ||
4988                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4989                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4990                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4991                                                 alloc_flags, ac,
4992                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4993                                                 &compact_result);
4994                 if (page)
4995                         goto got_pg;
4996
4997                 /*
4998                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4999                  * includes some THP page fault allocations
5000                  */
5001                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5002                         /*
5003                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5004                          * failed because all zones are below low watermarks
5005                          * or is prohibited because it recently failed at this
5006                          * order, fail immediately unless the allocator has
5007                          * requested compaction and reclaim retry.
5008                          *
5009                          * Reclaim is
5010                          *  - potentially very expensive because zones are far
5011                          *    below their low watermarks or this is part of very
5012                          *    bursty high order allocations,
5013                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5014                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5015                          *    linear scan, and
5016                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5017                          *    own.
5018                          */
5019                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5020                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5021                                 goto nopage;
5022
5023                         /*
5024                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5025                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5026                          * using async compaction.
5027                          */
5028                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5029                 }
5030         }
5031
5032 retry:
5033         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5034         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5035                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5036
5037         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5038         if (reserve_flags)
5039                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5040
5041         /*
5042          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5043          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5044          * user oriented.
5045          */
5046         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5047                 ac->nodemask = NULL;
5048                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5049                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5050         }
5051
5052         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5053         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5054         if (page)
5055                 goto got_pg;
5056
5057         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5058         if (!can_direct_reclaim)
5059                 goto nopage;
5060
5061         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5062         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5063                 goto nopage;
5064
5065         /* Try direct reclaim and then allocating */
5066         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5067                                                         &did_some_progress);
5068         if (page)
5069                 goto got_pg;
5070
5071         /* Try direct compaction and then allocating */
5072         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5073                                         compact_priority, &compact_result);
5074         if (page)
5075                 goto got_pg;
5076
5077         /* Do not loop if specifically requested */
5078         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5079                 goto nopage;
5080
5081         /*
5082          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5083          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5084          */
5085         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5086                 goto nopage;
5087
5088         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5089                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5090                 goto retry;
5091
5092         /*
5093          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5094          * reclaim is not able to make any progress because the current
5095          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5096          * of free memory (see __compaction_suitable)
5097          */
5098         if (did_some_progress > 0 &&
5099                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5100                                 compact_result, &compact_priority,
5101                                 &compaction_retries))
5102                 goto retry;
5103
5104
5105         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5106         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5107                 goto retry_cpuset;
5108
5109         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5110         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5111         if (page)
5112                 goto got_pg;
5113
5114         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5115         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5116             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5117              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5118                 goto nopage;
5119
5120         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5121         if (did_some_progress) {
5122                 no_progress_loops = 0;
5123                 goto retry;
5124         }
5125
5126 nopage:
5127         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5128         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5129                 goto retry_cpuset;
5130
5131         /*
5132          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5133          * we always retry
5134          */
5135         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5136                 /*
5137                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5138                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5139                  */
5140                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5141                         goto fail;
5142
5143                 /*
5144                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5145                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5146                  * for somebody to do a work for us
5147                  */
5148                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5149
5150                 /*
5151                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5152                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5153                  * so that we can identify them and convert them to something
5154                  * else.
5155                  */
5156                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5157
5158                 /*
5159                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5160                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5161                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5162                  * the situation worse
5163                  */
5164                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5165                 if (page)
5166                         goto got_pg;
5167
5168                 cond_resched();
5169                 goto retry;
5170         }
5171 fail:
5172         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5173                         "page allocation failure: order:%u", order);
5174 got_pg:
5175         return page;
5176 }
5177
5178 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5179                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5180                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5181                 unsigned int *alloc_flags)
5182 {
5183         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5184         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5185         ac->nodemask = nodemask;
5186         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5187
5188         if (cpusets_enabled()) {
5189                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5190                 /*
5191                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5192                  * to the current task context. It means that any node ok.
5193                  */
5194                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5195                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5196                 else
5197                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5198         }
5199
5200         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5201         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5202
5203         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5204
5205         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5206                 return false;
5207
5208         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5209
5210         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5211         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5212
5213         /*
5214          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5215          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5216          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5217          */
5218         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5219                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5220
5221         return true;
5222 }
5223
5224 /*
5225  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5226  * @gfp: GFP flags for the allocation
5227  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5228  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5229  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5230  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5231  * @page_array: Optional array to store the pages
5232  *
5233  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5234  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5235  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5236  *
5237  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5238  *
5239  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5240  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5241  *
5242  * Returns the number of pages on the list or array.
5243  */
5244 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5245                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5246                         struct list_head *page_list,
5247                         struct page **page_array)
5248 {
5249         struct page *page;
5250         unsigned long flags;
5251         struct zone *zone;
5252         struct zoneref *z;
5253         struct per_cpu_pages *pcp;
5254         struct list_head *pcp_list;
5255         struct alloc_context ac;
5256         gfp_t alloc_gfp;
5257         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5258         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5259
5260         /*
5261          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5262          * to be allocated before disabling IRQs.
5263          */
5264         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5265                 nr_populated++;
5266
5267         /* No pages requested? */
5268         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5269                 goto out;
5270
5271         /* Already populated array? */
5272         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5273                 goto out;
5274
5275         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5276         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5277                 goto failed;
5278
5279         /* Use the single page allocator for one page. */
5280         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5281                 goto failed;
5282
5283 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5284         /*
5285          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5286          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5287          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5288          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5289          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5290          */
5291         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5292                 goto failed;
5293 #endif
5294
5295         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5296         gfp &= gfp_allowed_mask;
5297         alloc_gfp = gfp;
5298         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5299                 goto out;
5300         gfp = alloc_gfp;
5301
5302         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5303         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5304                 unsigned long mark;
5305
5306                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5307                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5308                         continue;
5309                 }
5310
5311                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5312                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5313                         goto failed;
5314                 }
5315
5316                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5317                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5318                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5319                                 alloc_flags, gfp)) {
5320                         break;
5321                 }
5322         }
5323
5324         /*
5325          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5326          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5327          */
5328         if (unlikely(!zone))
5329                 goto failed;
5330
5331         /* Attempt the batch allocation */
5332         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5333         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5334         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5335
5336         while (nr_populated < nr_pages) {
5337
5338                 /* Skip existing pages */
5339                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5340                         nr_populated++;
5341                         continue;
5342                 }
5343
5344                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5345                                                                 pcp, pcp_list);
5346                 if (unlikely(!page)) {
5347                         /* Try and allocate at least one page */
5348                         if (!nr_account)
5349                                 goto failed_irq;
5350                         break;
5351                 }
5352                 nr_account++;
5353
5354                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5355                 if (page_list)
5356                         list_add(&page->lru, page_list);
5357                 else
5358                         page_array[nr_populated] = page;
5359                 nr_populated++;
5360         }
5361
5362         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5363
5364         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5365         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5366
5367 out:
5368         return nr_populated;
5369
5370 failed_irq:
5371         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5372
5373 failed:
5374         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5375         if (page) {
5376                 if (page_list)
5377                         list_add(&page->lru, page_list);
5378                 else
5379                         page_array[nr_populated] = page;
5380                 nr_populated++;
5381         }
5382
5383         goto out;
5384 }
5385 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5386
5387 /*
5388  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5389  */
5390 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5391                                                         nodemask_t *nodemask)
5392 {
5393         struct page *page;
5394         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5395         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5396         struct alloc_context ac = { };
5397
5398         /*
5399          * There are several places where we assume that the order value is sane
5400          * so bail out early if the request is out of bound.
5401          */
5402         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5403                 return NULL;
5404
5405         gfp &= gfp_allowed_mask;
5406         /*
5407          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5408          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5409          * from a particular context which has been marked by
5410          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5411          * movable zones are not used during allocation.
5412          */
5413         gfp = current_gfp_context(gfp);
5414         alloc_gfp = gfp;
5415         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5416                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5417                 return NULL;
5418
5419         /*
5420          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5421          * memory until all local zones are considered.
5422          */
5423         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5424
5425         /* First allocation attempt */
5426         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5427         if (likely(page))
5428                 goto out;
5429
5430         alloc_gfp = gfp;
5431         ac.spread_dirty_pages = false;
5432
5433         /*
5434          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5435          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5436          */
5437         ac.nodemask = nodemask;
5438
5439         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5440
5441 out:
5442         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5443             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5444                 __free_pages(page, order);
5445                 page = NULL;
5446         }
5447
5448         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5449
5450         return page;
5451 }
5452 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5453
5454 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5455                 nodemask_t *nodemask)
5456 {
5457         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5458                         preferred_nid, nodemask);
5459
5460         if (page && order > 1)
5461                 prep_transhuge_page(page);
5462         return (struct folio *)page;
5463 }
5464 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5465
5466 /*
5467  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5468  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5469  * you need to access high mem.
5470  */
5471 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5472 {
5473         struct page *page;
5474
5475         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5476         if (!page)
5477                 return 0;
5478         return (unsigned long) page_address(page);
5479 }
5480 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5481
5482 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5483 {
5484         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5485 }
5486 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5487
5488 /**
5489  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5490  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5491  * @order: The order of the allocation.
5492  *
5493  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5494  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5495  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5496  * than was allocated will probably emit a warning.
5497  *
5498  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5499  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5500  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5501  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5502  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5503  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5504  *
5505  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5506  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5507  */
5508 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5509 {
5510         if (put_page_testzero(page))
5511                 free_the_page(page, order);
5512         else if (!PageHead(page))
5513                 while (order-- > 0)
5514                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5515 }
5516 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5517
5518 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5519 {
5520         if (addr != 0) {
5521                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5522                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5523         }
5524 }
5525
5526 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5527
5528 /*
5529  * Page Fragment:
5530  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5531  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5532  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5533  *
5534  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5535  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5536  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5537  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5538  */
5539 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5540                                              gfp_t gfp_mask)
5541 {
5542         struct page *page = NULL;
5543         gfp_t gfp = gfp_mask;
5544
5545 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5546         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5547                     __GFP_NOMEMALLOC;
5548         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5549                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5550         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5551 #endif
5552         if (unlikely(!page))
5553                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5554
5555         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5556
5557         return page;
5558 }
5559
5560 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5561 {
5562         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5563
5564         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5565                 free_the_page(page, compound_order(page));
5566 }
5567 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5568
5569 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5570                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5571                       unsigned int align_mask)
5572 {
5573         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5574         struct page *page;
5575         int offset;
5576
5577         if (unlikely(!nc->va)) {
5578 refill:
5579                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5580                 if (!page)
5581                         return NULL;
5582
5583 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5584                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5585                 size = nc->size;
5586 #endif
5587                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5588                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5589                  */
5590                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5591
5592                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5593                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5594                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5595                 nc->offset = size;
5596         }
5597
5598         offset = nc->offset - fragsz;
5599         if (unlikely(offset < 0)) {
5600                 page = virt_to_page(nc->va);
5601
5602                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5603                         goto refill;
5604
5605                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5606                         free_the_page(page, compound_order(page));
5607                         goto refill;
5608                 }
5609
5610 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5611                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5612                 size = nc->size;
5613 #endif
5614                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5615                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5616
5617                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5618                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5619                 offset = size - fragsz;
5620         }
5621
5622         nc->pagecnt_bias--;
5623         offset &= align_mask;
5624         nc->offset = offset;
5625
5626         return nc->va + offset;
5627 }
5628 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5629
5630 /*
5631  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5632  */
5633 void page_frag_free(void *addr)
5634 {
5635         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5636
5637         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5638                 free_the_page(page, compound_order(page));
5639 }
5640 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5641
5642 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5643                 size_t size)
5644 {
5645         if (addr) {
5646                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5647                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5648
5649                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5650                 while (used < alloc_end) {
5651                         free_page(used);
5652                         used += PAGE_SIZE;
5653                 }
5654         }
5655         return (void *)addr;
5656 }
5657
5658 /**
5659  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5660  * @size: the number of bytes to allocate
5661  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5662  *
5663  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5664  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5665  * allocate memory in power-of-two pages.
5666  *
5667  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5668  *
5669  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5670  *
5671  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5672  */
5673 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5674 {
5675         unsigned int order = get_order(size);
5676         unsigned long addr;
5677
5678         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5679                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5680
5681         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5682         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5683 }
5684 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5685
5686 /**
5687  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5688  *                         pages on a node.
5689  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5690  * @size: the number of bytes to allocate
5691  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5692  *
5693  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5694  * back.
5695  *
5696  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5697  */
5698 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5699 {
5700         unsigned int order = get_order(size);
5701         struct page *p;
5702
5703         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5704                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5705
5706         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5707         if (!p)
5708                 return NULL;
5709         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5710 }
5711
5712 /**
5713  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5714  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5715  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5716  *
5717  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5718  */
5719 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5720 {
5721         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5722         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5723
5724         while (addr < end) {
5725                 free_page(addr);
5726                 addr += PAGE_SIZE;
5727         }
5728 }
5729 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5730
5731 /**
5732  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5733  * @offset: The zone index of the highest zone
5734  *
5735  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5736  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5737  * zone, the number of pages is calculated as:
5738  *
5739  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5740  *
5741  * Return: number of pages beyond high watermark.
5742  */
5743 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5744 {
5745         struct zoneref *z;
5746         struct zone *zone;
5747
5748         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5749         unsigned long sum = 0;
5750
5751         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5752
5753         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5754                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5755                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5756                 if (size > high)
5757                         sum += size - high;
5758         }
5759
5760         return sum;
5761 }
5762
5763 /**
5764  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5765  *
5766  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5767  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5768  *
5769  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5770  * ZONE_NORMAL.
5771  */
5772 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5773 {
5774         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5775 }
5776 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5777
5778 static inline void show_node(struct zone *zone)
5779 {
5780         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5781                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5782 }
5783
5784 long si_mem_available(void)
5785 {
5786         long available;
5787         unsigned long pagecache;
5788         unsigned long wmark_low = 0;
5789         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5790         unsigned long reclaimable;
5791         struct zone *zone;
5792         int lru;
5793
5794         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5795                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5796
5797         for_each_zone(zone)
5798                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5799
5800         /*
5801          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5802          * without causing swapping.
5803          */
5804         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5805
5806         /*
5807          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5808          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5809          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5810          */
5811         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5812         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5813         available += pagecache;
5814
5815         /*
5816          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5817          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5818          * low watermark.
5819          */
5820         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5821                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5822         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5823
5824         if (available < 0)
5825                 available = 0;
5826         return available;
5827 }
5828 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5829
5830 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5831 {
5832         val->totalram = totalram_pages();
5833         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5834         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5835         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5836         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5837         val->freehigh = nr_free_highpages();
5838         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5839 }
5840
5841 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5842
5843 #ifdef CONFIG_NUMA
5844 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5845 {
5846         int zone_type;          /* needs to be signed */
5847         unsigned long managed_pages = 0;
5848         unsigned long managed_highpages = 0;
5849         unsigned long free_highpages = 0;
5850         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5851
5852         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5853                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5854         val->totalram = managed_pages;
5855         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5856         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5857 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5858         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5859                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5860
5861                 if (is_highmem(zone)) {
5862                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5863                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5864                 }
5865         }
5866         val->totalhigh = managed_highpages;
5867         val->freehigh = free_highpages;
5868 #else
5869         val->totalhigh = managed_highpages;
5870         val->freehigh = free_highpages;
5871 #endif
5872         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5873 }
5874 #endif
5875
5876 /*
5877  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5878  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5879  */
5880 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5881 {
5882         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5883                 return false;
5884
5885         /*
5886          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5887          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5888          * have to be precise here.
5889          */
5890         if (!nodemask)
5891                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5892
5893         return !node_isset(nid, *nodemask);
5894 }
5895
5896 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5897
5898 static void show_migration_types(unsigned char type)
5899 {
5900         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5901                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5902                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5903                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5904                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5905 #ifdef CONFIG_CMA
5906                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5907 #endif
5908 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5909                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5910 #endif
5911         };
5912         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5913         char *p = tmp;
5914         int i;
5915
5916         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5917                 if (type & (1 << i))
5918                         *p++ = types[i];
5919         }
5920
5921         *p = '\0';
5922         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5923 }
5924
5925 /*
5926  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5927  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5928  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5929  *
5930  * Bits in @filter:
5931  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5932  *   cpuset.
5933  */
5934 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5935 {
5936         unsigned long free_pcp = 0;
5937         int cpu;
5938         struct zone *zone;
5939         pg_data_t *pgdat;
5940
5941         for_each_populated_zone(zone) {
5942                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5943                         continue;
5944
5945                 for_each_online_cpu(cpu)
5946                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5947         }
5948
5949         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5950                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5951                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5952                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5953                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5954                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5955                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5956                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5957                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5958                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5959                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5960                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5961                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5962                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5963                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5964                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5965                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5966                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5967                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5968                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5969                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5970                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5971                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5972                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5973                 free_pcp,
5974                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5975
5976         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5977                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5978                         continue;
5979
5980                 printk("Node %d"
5981                         " active_anon:%lukB"
5982                         " inactive_anon:%lukB"
5983                         " active_file:%lukB"
5984                         " inactive_file:%lukB"
5985                         " unevictable:%lukB"
5986                         " isolated(anon):%lukB"
5987                         " isolated(file):%lukB"
5988                         " mapped:%lukB"
5989                         " dirty:%lukB"
5990                         " writeback:%lukB"
5991                         " shmem:%lukB"
5992 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5993                         " shmem_thp: %lukB"
5994                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5995                         " anon_thp: %lukB"
5996 #endif
5997                         " writeback_tmp:%lukB"
5998                         " kernel_stack:%lukB"
5999 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6000                         " shadow_call_stack:%lukB"
6001 #endif
6002                         " pagetables:%lukB"
6003                         " all_unreclaimable? %s"
6004                         "\n",
6005                         pgdat->node_id,
6006                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6007                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6008                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6009                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6010                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6011                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6012                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6013                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6014                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6015                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6016                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6017 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6018                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6019                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6020                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6021 #endif
6022                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6023                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6024 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6025                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6026 #endif
6027                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6028                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6029                                 "yes" : "no");
6030         }
6031
6032         for_each_populated_zone(zone) {
6033                 int i;
6034
6035                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6036                         continue;
6037
6038                 free_pcp = 0;
6039                 for_each_online_cpu(cpu)
6040                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6041
6042                 show_node(zone);
6043                 printk(KERN_CONT
6044                         "%s"
6045                         " free:%lukB"
6046                         " boost:%lukB"
6047                         " min:%lukB"
6048                         " low:%lukB"
6049                         " high:%lukB"
6050                         " reserved_highatomic:%luKB"
6051                         " active_anon:%lukB"
6052                         " inactive_anon:%lukB"
6053                         " active_file:%lukB"
6054                         " inactive_file:%lukB"
6055                         " unevictable:%lukB"
6056                         " writepending:%lukB"
6057                         " present:%lukB"
6058                         " managed:%lukB"
6059                         " mlocked:%lukB"
6060                         " bounce:%lukB"
6061                         " free_pcp:%lukB"
6062                         " local_pcp:%ukB"
6063                         " free_cma:%lukB"
6064                         "\n",
6065                         zone->name,
6066                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6067                         K(zone->watermark_boost),
6068                         K(min_wmark_pages(zone)),
6069                         K(low_wmark_pages(zone)),
6070                         K(high_wmark_pages(zone)),
6071                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6072                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6073                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6074                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6075                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6076                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6077                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6078                         K(zone->present_pages),
6079                         K(zone_managed_pages(zone)),
6080                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6081                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6082                         K(free_pcp),
6083                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6084                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6085                 printk("lowmem_reserve[]:");
6086                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6087                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6088                 printk(KERN_CONT "\n");
6089         }
6090
6091         for_each_populated_zone(zone) {
6092                 unsigned int order;
6093                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6094                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6095
6096                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6097                         continue;
6098                 show_node(zone);
6099                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6100
6101                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6102                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6103                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6104                         int type;
6105
6106                         nr[order] = area->nr_free;
6107                         total += nr[order] << order;
6108
6109                         types[order] = 0;
6110                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6111                                 if (!free_area_empty(area, type))
6112                                         types[order] |= 1 << type;
6113                         }
6114                 }
6115                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6116                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6117                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6118                                nr[order], K(1UL) << order);
6119                         if (nr[order])
6120                                 show_migration_types(types[order]);
6121                 }
6122                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6123         }
6124
6125         hugetlb_show_meminfo();
6126
6127         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6128
6129         show_swap_cache_info();
6130 }
6131
6132 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6133 {
6134         zoneref->zone = zone;
6135         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6136 }
6137
6138 /*
6139  * Builds allocation fallback zone lists.
6140  *
6141  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6142  */
6143 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6144 {
6145         struct zone *zone;
6146         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6147         int nr_zones = 0;
6148
6149         do {
6150                 zone_type--;
6151                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6152                 if (populated_zone(zone)) {
6153                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6154                         check_highest_zone(zone_type);
6155                 }
6156         } while (zone_type);
6157
6158         return nr_zones;
6159 }
6160
6161 #ifdef CONFIG_NUMA
6162
6163 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6164 {
6165         /*
6166          * We used to support different zonelists modes but they turned
6167          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6168          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6169          * not fail it silently
6170          */
6171         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6172                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6173                 return -EINVAL;
6174         }
6175         return 0;
6176 }
6177
6178 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6179
6180 /*
6181  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6182  */
6183 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6184                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6185 {
6186         if (write)
6187                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6188         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6189 }
6190
6191
6192 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6193
6194 /**
6195  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6196  * @node: node whose fallback list we're appending
6197  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6198  *
6199  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6200  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6201  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6202  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6203  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6204  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6205  * on them otherwise.
6206  *
6207  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6208  */
6209 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6210 {
6211         int n, val;
6212         int min_val = INT_MAX;
6213         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6214
6215         /* Use the local node if we haven't already */
6216         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6217                 node_set(node, *used_node_mask);
6218                 return node;
6219         }
6220
6221         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6222
6223                 /* Don't want a node to appear more than once */
6224                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6225                         continue;
6226
6227                 /* Use the distance array to find the distance */
6228                 val = node_distance(node, n);
6229
6230                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6231                 val += (n < node);
6232
6233                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6234                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6235                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6236
6237                 /* Slight preference for less loaded node */
6238                 val *= MAX_NUMNODES;
6239                 val += node_load[n];
6240
6241                 if (val < min_val) {
6242                         min_val = val;
6243                         best_node = n;
6244                 }
6245         }
6246
6247         if (best_node >= 0)
6248                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6249
6250         return best_node;
6251 }
6252
6253
6254 /*
6255  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6256  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6257  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6258  */
6259 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6260                 unsigned nr_nodes)
6261 {
6262         struct zoneref *zonerefs;
6263         int i;
6264
6265         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6266
6267         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6268                 int nr_zones;
6269
6270                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6271
6272                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6273                 zonerefs += nr_zones;
6274         }
6275         zonerefs->zone = NULL;
6276         zonerefs->zone_idx = 0;
6277 }
6278
6279 /*
6280  * Build gfp_thisnode zonelists
6281  */
6282 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6283 {
6284         struct zoneref *zonerefs;
6285         int nr_zones;
6286
6287         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6288         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6289         zonerefs += nr_zones;
6290         zonerefs->zone = NULL;
6291         zonerefs->zone_idx = 0;
6292 }
6293
6294 /*
6295  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6296  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6297  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6298  * may still exist in local DMA zone.
6299  */
6300
6301 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6302 {
6303         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6304         int node, nr_nodes = 0;
6305         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6306         int local_node, prev_node;
6307
6308         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6309         local_node = pgdat->node_id;
6310         prev_node = local_node;
6311
6312         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6313         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6314                 /*
6315                  * We don't want to pressure a particular node.
6316                  * So adding penalty to the first node in same
6317                  * distance group to make it round-robin.
6318                  */
6319                 if (node_distance(local_node, node) !=
6320                     node_distance(local_node, prev_node))
6321                         node_load[node] += 1;
6322
6323                 node_order[nr_nodes++] = node;
6324                 prev_node = node;
6325         }
6326
6327         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6328         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6329         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6330         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6331                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6332         pr_cont("\n");
6333 }
6334
6335 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6336 /*
6337  * Return node id of node used for "local" allocations.
6338  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6339  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6340  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6341  */
6342 int local_memory_node(int node)
6343 {
6344         struct zoneref *z;
6345
6346         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6347                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6348                                    NULL);
6349         return zone_to_nid(z->zone);
6350 }
6351 #endif
6352
6353 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6354 static void setup_min_slab_ratio(void);
6355 #else   /* CONFIG_NUMA */
6356
6357 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6358 {
6359         int node, local_node;
6360         struct zoneref *zonerefs;
6361         int nr_zones;
6362
6363         local_node = pgdat->node_id;
6364
6365         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6366         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6367         zonerefs += nr_zones;
6368
6369         /*
6370          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6371          * of all the other nodes.
6372          * We don't want to pressure a particular node, so when
6373          * building the zones for node N, we make sure that the
6374          * zones coming right after the local ones are those from
6375          * node N+1 (modulo N)
6376          */
6377         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6378                 if (!node_online(node))
6379                         continue;
6380                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6381                 zonerefs += nr_zones;
6382         }
6383         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6384                 if (!node_online(node))
6385                         continue;
6386                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6387                 zonerefs += nr_zones;
6388         }
6389
6390         zonerefs->zone = NULL;
6391         zonerefs->zone_idx = 0;
6392 }
6393
6394 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6395
6396 /*
6397  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6398  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6399  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6400  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6401  * with interrupts disabled.
6402  *
6403  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6404  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6405  * hotplugged processors.
6406  *
6407  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6408  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6409  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6410  */
6411 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6412 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6413 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6414 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6415 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6416 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6417 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6418
6419 static void __build_all_zonelists(void *data)
6420 {
6421         int nid;
6422         int __maybe_unused cpu;
6423         pg_data_t *self = data;
6424         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6425
6426         spin_lock(&lock);
6427
6428 #ifdef CONFIG_NUMA
6429         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6430 #endif
6431
6432         /*
6433          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6434          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6435          */
6436         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6437                 build_zonelists(self);
6438         } else {
6439                 /*
6440                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6441                  * in free_area_init
6442                  */
6443                 for_each_node(nid) {
6444                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6445
6446                         build_zonelists(pgdat);
6447                 }
6448
6449 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6450                 /*
6451                  * We now know the "local memory node" for each node--
6452                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6453                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6454                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6455                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6456                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6457                  */
6458                 for_each_online_cpu(cpu)
6459                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6460 #endif
6461         }
6462
6463         spin_unlock(&lock);
6464 }
6465
6466 static noinline void __init
6467 build_all_zonelists_init(void)
6468 {
6469         int cpu;
6470
6471         __build_all_zonelists(NULL);
6472
6473         /*
6474          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6475          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6476          * each zone will be allocated later when the per cpu
6477          * allocator is available.
6478          *
6479          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6480          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6481          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6482          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6483          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6484          * (a chicken-egg dilemma).
6485          */
6486         for_each_possible_cpu(cpu)
6487                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6488
6489         mminit_verify_zonelist();
6490         cpuset_init_current_mems_allowed();
6491 }
6492
6493 /*
6494  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6495  *
6496  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6497  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6498  */
6499 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6500 {
6501         unsigned long vm_total_pages;
6502
6503         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6504                 build_all_zonelists_init();
6505         } else {
6506                 __build_all_zonelists(pgdat);
6507                 /* cpuset refresh routine should be here */
6508         }
6509         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6510         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6511         /*
6512          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6513          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6514          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6515          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6516          * disabled and enable it later
6517          */
6518         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6519                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6520         else
6521                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6522
6523         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6524                 nr_online_nodes,
6525                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6526                 vm_total_pages);
6527 #ifdef CONFIG_NUMA
6528         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6529 #endif
6530 }
6531
6532 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6533 static bool __meminit
6534 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6535 {
6536         static struct memblock_region *r;
6537
6538         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6539                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6540                         for_each_mem_region(r) {
6541                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6542                                         break;
6543                         }
6544                 }
6545                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6546                     memblock_is_mirror(r)) {
6547                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6548                         return true;
6549                 }
6550         }
6551         return false;
6552 }
6553
6554 /*
6555  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6556  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6557  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6558  *
6559  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6560  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6561  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6562  */
6563 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6564                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6565                 enum meminit_context context,
6566                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6567 {
6568         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6569         struct page *page;
6570
6571         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6572                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6573
6574 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6575         /*
6576          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6577          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6578          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6579          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6580          * the hotplug lock.
6581          */
6582         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6583                 if (!altmap)
6584                         return;
6585
6586                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6587                         start_pfn += altmap->reserve;
6588                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6589         }
6590 #endif
6591
6592         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6593                 /*
6594                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6595                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6596                  */
6597                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6598                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6599                                 continue;
6600                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6601                                 break;
6602                 }
6603
6604                 page = pfn_to_page(pfn);
6605                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6606                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6607                         __SetPageReserved(page);
6608
6609                 /*
6610                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6611                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6612                  * over the place during system boot.
6613                  */
6614                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6615                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6616                         cond_resched();
6617                 }
6618                 pfn++;
6619         }
6620 }
6621
6622 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6623 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6624                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6625                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6626 {
6627
6628         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6629
6630         /*
6631          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6632          * phase for it to be fully associated with a zone.
6633          *
6634          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6635          * the flag as we are still initializing the pages.
6636          */
6637         __SetPageReserved(page);
6638
6639         /*
6640          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6641          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6642          * ever freed or placed on a driver-private list.
6643          */
6644         page->pgmap = pgmap;
6645         page->zone_device_data = NULL;
6646
6647         /*
6648          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6649          * movable at startup. This will force kernel allocations
6650          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6651          * the address space during boot when many long-lived
6652          * kernel allocations are made.
6653          *
6654          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6655          * because this is done early in section_activate()
6656          */
6657         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6658                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6659                 cond_resched();
6660         }
6661 }
6662
6663 /*
6664  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6665  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6666  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6667  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6668  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6669  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6670  */
6671 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6672                                               unsigned long nr_pages)
6673 {
6674         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6675                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6676 }
6677
6678 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6679                                        unsigned long head_pfn,
6680                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6681                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6682                                        unsigned long nr_pages)
6683 {
6684         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6685         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6686
6687         __SetPageHead(head);
6688         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6689                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6690
6691                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6692                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6693                 set_page_count(page, 0);
6694
6695                 /*
6696                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6697                  * compound_order() and the second tail page stores
6698                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6699                  * the first and second tail pages have been initialized to
6700                  * not have the data overwritten.
6701                  */
6702                 if (pfn == head_pfn + 2)
6703                         prep_compound_head(head, order);
6704         }
6705 }
6706
6707 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6708                                    unsigned long start_pfn,
6709                                    unsigned long nr_pages,
6710                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6711 {
6712         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6713         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6714         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6715         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6716         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6717         unsigned long start = jiffies;
6718         int nid = pgdat->node_id;
6719
6720         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6721                 return;
6722
6723         /*
6724          * The call to memmap_init should have already taken care
6725          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6726          * the end of that region and start processing the device pages.
6727          */
6728         if (altmap) {
6729                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6730                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6731         }
6732
6733         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6734                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6735
6736                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6737
6738                 if (pfns_per_compound == 1)
6739                         continue;
6740
6741                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6742                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6743         }
6744
6745         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6746                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6747 }
6748
6749 #endif
6750 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6751 {
6752         unsigned int order, t;
6753         for_each_migratetype_order(order, t) {
6754                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6755                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6756         }
6757 }
6758
6759 /*
6760  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6761  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6762  * memmap_init_zone_range().
6763  *
6764  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6765  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6766  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6767  *   arbitrary section size
6768  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6769  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6770  *   nicely with memmap sections
6771  *
6772  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6773  * - PG_Reserved is set
6774  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6775  *   hole is in the middle of a zone
6776  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6777  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6778  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6779  *   section that will be appended to the zone/node below.
6780  */
6781 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6782                                           unsigned long epfn,
6783                                           int zone, int node)
6784 {
6785         unsigned long pfn;
6786         u64 pgcnt = 0;
6787
6788         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6789                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6790                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6791                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6792                         continue;
6793                 }
6794                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6795                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6796                 pgcnt++;
6797         }
6798
6799         if (pgcnt)
6800                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6801                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6802 }
6803
6804 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6805                                           unsigned long start_pfn,
6806                                           unsigned long end_pfn,
6807                                           unsigned long *hole_pfn)
6808 {
6809         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6810         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6811         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6812
6813         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6814         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6815
6816         if (start_pfn >= end_pfn)
6817                 return;
6818
6819         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6820                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6821
6822         if (*hole_pfn < start_pfn)
6823                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6824
6825         *hole_pfn = end_pfn;
6826 }
6827
6828 static void __init memmap_init(void)
6829 {
6830         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6831         unsigned long hole_pfn = 0;
6832         int i, j, zone_id = 0, nid;
6833
6834         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6835                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6836
6837                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6838                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6839
6840                         if (!populated_zone(zone))
6841                                 continue;
6842
6843                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6844                                                &hole_pfn);
6845                         zone_id = j;
6846                 }
6847         }
6848
6849 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6850         /*
6851          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6852          * section_end].
6853          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6854          * node.
6855          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6856          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6857          * for FLATMEM it is a nop anyway
6858          */
6859         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6860         if (hole_pfn < end_pfn)
6861 #endif
6862                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6863 }
6864
6865 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6866                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6867 {
6868         void *ptr;
6869
6870         if (exact_nid)
6871                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6872                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6873                                                    nid);
6874         else
6875                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6876                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6877                                                  nid);
6878
6879         if (ptr && size > 0)
6880                 page_init_poison(ptr, size);
6881
6882         return ptr;
6883 }
6884
6885 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6886 {
6887 #ifdef CONFIG_MMU
6888         int batch;
6889
6890         /*
6891          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6892          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6893          * size is striking a balance between allocation latency
6894          * and zone lock contention.
6895          */
6896         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6897         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6898         if (batch < 1)
6899                 batch = 1;
6900
6901         /*
6902          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6903          * of 2 value was found to be more likely to have
6904          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6905          *
6906          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6907          * batches of pages, one task can end up with a lot
6908          * of pages of one half of the possible page colors
6909          * and the other with pages of the other colors.
6910          */
6911         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6912
6913         return batch;
6914
6915 #else
6916         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6917          * conditions.
6918          *
6919          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6920          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6921          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6922          *
6923          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6924          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6925          * can be a significant delay between the individual batches being
6926          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6927          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6928          */
6929         return 0;
6930 #endif
6931 }
6932
6933 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6934 {
6935 #ifdef CONFIG_MMU
6936         int high;
6937         int nr_split_cpus;
6938         unsigned long total_pages;
6939
6940         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6941                 /*
6942                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6943                  * low watermark so that if they are full then background
6944                  * reclaim will not be started prematurely.
6945                  */
6946                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6947         } else {
6948                 /*
6949                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6950                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6951                  * zone.
6952                  */
6953                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6954         }
6955
6956         /*
6957          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6958          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6959          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6960          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6961          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6962          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6963          */
6964         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6965         if (!nr_split_cpus)
6966                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6967         high = total_pages / nr_split_cpus;
6968
6969         /*
6970          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6971          * historical relationship between high and batch.
6972          */
6973         high = max(high, batch << 2);
6974
6975         return high;
6976 #else
6977         return 0;
6978 #endif
6979 }
6980
6981 /*
6982  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6983  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6984  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6985  *
6986  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6987  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6988  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6989  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6990  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6991  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6992  *
6993  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6994  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6995  * exist).
6996  */
6997 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6998                 unsigned long batch)
6999 {
7000         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7001         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7002 }
7003
7004 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7005 {
7006         int pindex;
7007
7008         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7009         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7010
7011         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7012                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7013
7014         /*
7015          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7016          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7017          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7018          * pageset yet.
7019          */
7020         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7021         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7022         pcp->free_factor = 0;
7023 }
7024
7025 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7026                 unsigned long batch)
7027 {
7028         struct per_cpu_pages *pcp;
7029         int cpu;
7030
7031         for_each_possible_cpu(cpu) {
7032                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7033                 pageset_update(pcp, high, batch);
7034         }
7035 }
7036
7037 /*
7038  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7039  * zone based on the zone's size.
7040  */
7041 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7042 {
7043         int new_high, new_batch;
7044
7045         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7046         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7047
7048         if (zone->pageset_high == new_high &&
7049             zone->pageset_batch == new_batch)
7050                 return;
7051
7052         zone->pageset_high = new_high;
7053         zone->pageset_batch = new_batch;
7054
7055         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7056 }
7057
7058 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7059 {
7060         int cpu;
7061
7062         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7063         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7064                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7065
7066         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7067         for_each_possible_cpu(cpu) {
7068                 struct per_cpu_pages *pcp;
7069                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7070
7071                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7072                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7073                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7074         }
7075
7076         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7077 }
7078
7079 /*
7080  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7081  * Before this call only boot pagesets were available.
7082  */
7083 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7084 {
7085         struct pglist_data *pgdat;
7086         struct zone *zone;
7087         int __maybe_unused cpu;
7088
7089         for_each_populated_zone(zone)
7090                 setup_zone_pageset(zone);
7091
7092 #ifdef CONFIG_NUMA
7093         /*
7094          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7095          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7096          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7097          * the nodes these zones are associated with.
7098          */
7099         for_each_possible_cpu(cpu) {
7100                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7101                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7102                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7103         }
7104 #endif
7105
7106         for_each_online_pgdat(pgdat)
7107                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7108                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7109 }
7110
7111 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7112 {
7113         /*
7114          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7115          * relies on the ability of the linker to provide the
7116          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7117          */
7118         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7119         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7120         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7121         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7122
7123         if (populated_zone(zone))
7124                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7125                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7126 }
7127
7128 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7129                                         unsigned long zone_start_pfn,
7130                                         unsigned long size)
7131 {
7132         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7133         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7134
7135         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7136                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7137
7138         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7139
7140         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7141                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7142                         pgdat->node_id,
7143                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7144                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7145
7146         zone_init_free_lists(zone);
7147         zone->initialized = 1;
7148 }
7149
7150 /**
7151  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7152  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7153  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7154  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7155  *
7156  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7157  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7158  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7159  * PFNs will be 0.
7160  */
7161 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7162                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7163 {
7164         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7165         int i;
7166
7167         *start_pfn = -1UL;
7168         *end_pfn = 0;
7169
7170         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7171                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7172                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7173         }
7174
7175         if (*start_pfn == -1UL)
7176                 *start_pfn = 0;
7177 }
7178
7179 /*
7180  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7181  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7182  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7183  */
7184 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7185 {
7186         int zone_index;
7187         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7188                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7189                         continue;
7190
7191                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7192                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7193                         break;
7194         }
7195
7196         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7197         movable_zone = zone_index;
7198 }
7199
7200 /*
7201  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7202  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7203  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7204  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7205  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7206  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7207  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7208  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7209  */
7210 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7211                                         unsigned long zone_type,
7212                                         unsigned long node_start_pfn,
7213                                         unsigned long node_end_pfn,
7214                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7215                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7216 {
7217         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7218         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7219                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7220                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7221                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7222                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7223                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7224
7225                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7226                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7227                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7228                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7229                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7230
7231                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7232                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7233                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7234         }
7235 }
7236
7237 /*
7238  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7239  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7240  */
7241 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7242                                         unsigned long zone_type,
7243                                         unsigned long node_start_pfn,
7244                                         unsigned long node_end_pfn,
7245                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7246                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7247 {
7248         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7249         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7250         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7251         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7252                 return 0;
7253
7254         /* Get the start and end of the zone */
7255         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7256         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7257         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7258                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7259                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7260
7261         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7262         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7263                 return 0;
7264
7265         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7266         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7267         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7268
7269         /* Return the spanned pages */
7270         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7271 }
7272
7273 /*
7274  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7275  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7276  */
7277 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7278                                 unsigned long range_start_pfn,
7279                                 unsigned long range_end_pfn)
7280 {
7281         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7282         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7283         int i;
7284
7285         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7286                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7287                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7288                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7289         }
7290         return nr_absent;
7291 }
7292
7293 /**
7294  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7295  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7296  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7297  *
7298  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7299  */
7300 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7301                                                         unsigned long end_pfn)
7302 {
7303         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7304 }
7305
7306 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7307 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7308                                         unsigned long zone_type,
7309                                         unsigned long node_start_pfn,
7310                                         unsigned long node_end_pfn)
7311 {
7312         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7313         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7314         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7315         unsigned long nr_absent;
7316
7317         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7318         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7319                 return 0;
7320
7321         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7322         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7323
7324         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7325                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7326                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7327         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7328
7329         /*
7330          * ZONE_MOVABLE handling.
7331          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7332          * and vice versa.
7333          */
7334         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7335                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7336                 struct memblock_region *r;
7337
7338                 for_each_mem_region(r) {
7339                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7340                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7341                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7342                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7343
7344                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7345                             memblock_is_mirror(r))
7346                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7347
7348                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7349                             !memblock_is_mirror(r))
7350                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7351                 }
7352         }
7353
7354         return nr_absent;
7355 }
7356
7357 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7358                                                 unsigned long node_start_pfn,
7359                                                 unsigned long node_end_pfn)
7360 {
7361         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7362         enum zone_type i;
7363
7364         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7365                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7366                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7367                 unsigned long spanned, absent;
7368                 unsigned long size, real_size;
7369
7370                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7371                                                      node_start_pfn,
7372                                                      node_end_pfn,
7373                                                      &zone_start_pfn,
7374                                                      &zone_end_pfn);
7375                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7376                                                    node_start_pfn,
7377                                                    node_end_pfn);
7378
7379                 size = spanned;
7380                 real_size = size - absent;
7381
7382                 if (size)
7383                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7384                 else
7385                         zone->zone_start_pfn = 0;
7386                 zone->spanned_pages = size;
7387                 zone->present_pages = real_size;
7388 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7389                 zone->present_early_pages = real_size;
7390 #endif
7391
7392                 totalpages += size;
7393                 realtotalpages += real_size;
7394         }
7395
7396         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7397         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7398         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7399 }
7400
7401 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7402 /*
7403  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7404  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7405  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7406  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7407  * bytes.
7408  */
7409 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7410 {
7411         unsigned long usemapsize;
7412
7413         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7414         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7415         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7416         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7417         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7418
7419         return usemapsize / 8;
7420 }
7421
7422 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7423 {
7424         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7425                                                zone->spanned_pages);
7426         zone->pageblock_flags = NULL;
7427         if (usemapsize) {
7428                 zone->pageblock_flags =
7429                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7430                                             zone_to_nid(zone));
7431                 if (!zone->pageblock_flags)
7432                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7433                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7434         }
7435 }
7436 #else
7437 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7438 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7439
7440 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7441
7442 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7443 void __init set_pageblock_order(void)
7444 {
7445         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7446
7447         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7448         if (pageblock_order)
7449                 return;
7450
7451         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7452         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7453                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7454
7455         /*
7456          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7457          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7458          * powerpc.
7459          */
7460         pageblock_order = order;
7461 }
7462 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7463
7464 /*
7465  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7466  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7467  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7468  * the kernel config
7469  */
7470 void __init set_pageblock_order(void)
7471 {
7472 }
7473
7474 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7475
7476 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7477                                                 unsigned long present_pages)
7478 {
7479         unsigned long pages = spanned_pages;
7480
7481         /*
7482          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7483          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7484          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7485          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7486          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7487          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7488          */
7489         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7490             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7491                 pages = present_pages;
7492
7493         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7494 }
7495
7496 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7497 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7498 {
7499         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7500
7501         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7502         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7503         ds_queue->split_queue_len = 0;
7504 }
7505 #else
7506 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7507 #endif
7508
7509 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7510 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7511 {
7512         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7513 }
7514 #else
7515 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7516 #endif
7517
7518 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7519 {
7520         int i;
7521
7522         pgdat_resize_init(pgdat);
7523
7524         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7525         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7526
7527         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7528         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7529
7530         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7531                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7532
7533         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7534         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7535 }
7536
7537 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7538                                                         unsigned long remaining_pages)
7539 {
7540         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7541         zone_set_nid(zone, nid);
7542         zone->name = zone_names[idx];
7543         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7544         spin_lock_init(&zone->lock);
7545         zone_seqlock_init(zone);
7546         zone_pcp_init(zone);
7547 }
7548
7549 /*
7550  * Set up the zone data structures
7551  * - init pgdat internals
7552  * - init all zones belonging to this node
7553  *
7554  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7555  */
7556 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7557 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7558 {
7559         int nid = pgdat->node_id;
7560         enum zone_type z;
7561         int cpu;
7562
7563         pgdat_init_internals(pgdat);
7564
7565         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7566                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7567
7568         /*
7569          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7570          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7571          * when it starts in the near future.
7572          */
7573         pgdat->nr_zones = 0;
7574         pgdat->kswapd_order = 0;
7575         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7576         pgdat->node_start_pfn = 0;
7577         for_each_online_cpu(cpu) {
7578                 struct per_cpu_nodestat *p;
7579
7580                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7581                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7582         }
7583
7584         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7585                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7586 }
7587 #endif
7588
7589 /*
7590  * Set up the zone data structures:
7591  *   - mark all pages reserved
7592  *   - mark all memory queues empty
7593  *   - clear the memory bitmaps
7594  *
7595  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7596  * NOTE: this function is only called during early init.
7597  */
7598 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7599 {
7600         enum zone_type j;
7601         int nid = pgdat->node_id;
7602
7603         pgdat_init_internals(pgdat);
7604         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7605
7606         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7607                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7608                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7609
7610                 size = zone->spanned_pages;
7611                 freesize = zone->present_pages;
7612
7613                 /*
7614                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7615                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7616                  * and per-cpu initialisations
7617                  */
7618                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7619                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7620                         if (freesize >= memmap_pages) {
7621                                 freesize -= memmap_pages;
7622                                 if (memmap_pages)
7623                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7624                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7625                         } else
7626                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7627                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7628                 }
7629
7630                 /* Account for reserved pages */
7631                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7632                         freesize -= dma_reserve;
7633                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7634                 }
7635
7636                 if (!is_highmem_idx(j))
7637                         nr_kernel_pages += freesize;
7638                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7639                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7640                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7641                 nr_all_pages += freesize;
7642
7643                 /*
7644                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7645                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7646                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7647                  */
7648                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7649
7650                 if (!size)
7651                         continue;
7652
7653                 set_pageblock_order();
7654                 setup_usemap(zone);
7655                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7656         }
7657 }
7658
7659 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7660 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7661 {
7662         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7663         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7664
7665         /* Skip empty nodes */
7666         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7667                 return;
7668
7669         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7670         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7671         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7672         if (!pgdat->node_mem_map) {
7673                 unsigned long size, end;
7674                 struct page *map;
7675
7676                 /*
7677                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7678                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7679                  * for the buddy allocator to function correctly.
7680                  */
7681                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7682                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7683                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7684                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7685                                    pgdat->node_id, false);
7686                 if (!map)
7687                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7688                               size, pgdat->node_id);
7689                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7690         }
7691         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7692                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7693                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7694 #ifndef CONFIG_NUMA
7695         /*
7696          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7697          */
7698         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7699                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7700                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7701                         mem_map -= offset;
7702         }
7703 #endif
7704 }
7705 #else
7706 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7707 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7708
7709 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7710 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7711 {
7712         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7713 }
7714 #else
7715 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7716 #endif
7717
7718 static void __init free_area_init_node(int nid)
7719 {
7720         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7721         unsigned long start_pfn = 0;
7722         unsigned long end_pfn = 0;
7723
7724         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7725         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7726
7727         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7728
7729         pgdat->node_id = nid;
7730         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7731         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7732
7733         if (start_pfn != end_pfn) {
7734                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7735                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7736                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7737         } else {
7738                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7739         }
7740
7741         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7742
7743         alloc_node_mem_map(pgdat);
7744         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7745
7746         free_area_init_core(pgdat);
7747 }
7748
7749 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7750 {
7751         free_area_init_node(nid);
7752 }
7753
7754 #if MAX_NUMNODES > 1
7755 /*
7756  * Figure out the number of possible node ids.
7757  */
7758 void __init setup_nr_node_ids(void)
7759 {
7760         unsigned int highest;
7761
7762         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7763         nr_node_ids = highest + 1;
7764 }
7765 #endif
7766
7767 /**
7768  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7769  *
7770  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7771  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7772  * all the nodes.
7773  *
7774  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7775  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7776  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7777  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7778  *
7779  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7780  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7781  * populated node map.
7782  *
7783  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7784  * requirement (single node).
7785  */
7786 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7787 {
7788         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7789         unsigned long start, end, mask;
7790         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7791         int i, nid;
7792
7793         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7794                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7795                         last_nid = nid;
7796                         last_end = end;
7797                         continue;
7798                 }
7799
7800                 /*
7801                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7802                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7803                  * too coarse to separate the current node from the last.
7804                  */
7805                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7806                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7807                         mask <<= 1;
7808
7809                 /* accumulate all internode masks */
7810                 accl_mask |= mask;
7811         }
7812
7813         /* convert mask to number of pages */
7814         return ~accl_mask + 1;
7815 }
7816
7817 /**
7818  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7819  *
7820  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7821  * memblock_set_node().
7822  */
7823 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7824 {
7825         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7826 }
7827
7828 /*
7829  * early_calculate_totalpages()
7830  * Sum pages in active regions for movable zone.
7831  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7832  */
7833 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7834 {
7835         unsigned long totalpages = 0;
7836         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7837         int i, nid;
7838
7839         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7840                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7841
7842                 totalpages += pages;
7843                 if (pages)
7844                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7845         }
7846         return totalpages;
7847 }
7848
7849 /*
7850  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7851  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7852  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7853  * others
7854  */
7855 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7856 {
7857         int i, nid;
7858         unsigned long usable_startpfn;
7859         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7860         /* save the state before borrow the nodemask */
7861         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7862         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7863         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7864         struct memblock_region *r;
7865
7866         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7867         find_usable_zone_for_movable();
7868
7869         /*
7870          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7871          * options.
7872          */
7873         if (movable_node_is_enabled()) {
7874                 for_each_mem_region(r) {
7875                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7876                                 continue;
7877
7878                         nid = memblock_get_region_node(r);
7879
7880                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7881                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7882                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7883                                 usable_startpfn;
7884                 }
7885
7886                 goto out2;
7887         }
7888
7889         /*
7890          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7891          */
7892         if (mirrored_kernelcore) {
7893                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7894
7895                 for_each_mem_region(r) {
7896                         if (memblock_is_mirror(r))
7897                                 continue;
7898
7899                         nid = memblock_get_region_node(r);
7900
7901                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7902
7903                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
7904                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7905                                 continue;
7906                         }
7907
7908                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7909                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7910                                 usable_startpfn;
7911                 }
7912
7913                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7914                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7915
7916                 goto out2;
7917         }
7918
7919         /*
7920          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7921          * amount of necessary memory.
7922          */
7923         if (required_kernelcore_percent)
7924                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7925                                        10000UL;
7926         if (required_movablecore_percent)
7927                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7928                                         10000UL;
7929
7930         /*
7931          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7932          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7933          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7934          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7935          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7936          * what movablecore would have allowed.
7937          */
7938         if (required_movablecore) {
7939                 unsigned long corepages;
7940
7941                 /*
7942                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7943                  * was requested by the user
7944                  */
7945                 required_movablecore =
7946                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7947                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7948                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7949
7950                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7951         }
7952
7953         /*
7954          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7955          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7956          */
7957         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7958                 goto out;
7959
7960         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7961         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7962
7963 restart:
7964         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7965         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7966         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7967                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7968
7969                 /*
7970                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7971                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7972                  * amount of memory for the kernel
7973                  */
7974                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7975                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7976
7977                 /*
7978                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7979                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7980                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7981                  */
7982                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7983
7984                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7985                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7986                         unsigned long size_pages;
7987
7988                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7989                         if (start_pfn >= end_pfn)
7990                                 continue;
7991
7992                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7993                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7994                                 unsigned long kernel_pages;
7995                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7996                                                                 - start_pfn;
7997
7998                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7999                                                         kernelcore_remaining);
8000                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8001                                                         required_kernelcore);
8002
8003                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8004                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8005
8006                                         /*
8007                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8008                                          * that if we have to rebalance
8009                                          * kernelcore across nodes, we will
8010                                          * not double account here
8011                                          */
8012                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8013                                         continue;
8014                                 }
8015                                 start_pfn = usable_startpfn;
8016                         }
8017
8018                         /*
8019                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8020                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8021                          * number of pages used as kernelcore
8022                          */
8023                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8024                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8025                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8026                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8027
8028                         /*
8029                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8030                          * break if the kernelcore for this node has been
8031                          * satisfied
8032                          */
8033                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8034                                                                 size_pages);
8035                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8036                         if (!kernelcore_remaining)
8037                                 break;
8038                 }
8039         }
8040
8041         /*
8042          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8043          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8044          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8045          * satisfied
8046          */
8047         usable_nodes--;
8048         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8049                 goto restart;
8050
8051 out2:
8052         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8053         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8054                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8055
8056                 zone_movable_pfn[nid] =
8057                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8058
8059                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8060                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8061                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8062         }
8063
8064 out:
8065         /* restore the node_state */
8066         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8067 }
8068
8069 /* Any regular or high memory on that node ? */
8070 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8071 {
8072         enum zone_type zone_type;
8073
8074         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8075                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8076                 if (populated_zone(zone)) {
8077                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8078                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8079                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8080                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8081                         break;
8082                 }
8083         }
8084 }
8085
8086 /*
8087  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8088  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8089  */
8090 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8091 {
8092         return false;
8093 }
8094
8095 /**
8096  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8097  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8098  *
8099  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8100  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8101  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8102  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8103  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8104  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8105  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8106  * at arch_max_dma_pfn.
8107  */
8108 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8109 {
8110         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8111         int i, nid, zone;
8112         bool descending;
8113
8114         /* Record where the zone boundaries are */
8115         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8116                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8117         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8118                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8119
8120         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8121         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8122
8123         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8124                 if (descending)
8125                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8126                 else
8127                         zone = i;
8128
8129                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8130                         continue;
8131
8132                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8133                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8134                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8135
8136                 start_pfn = end_pfn;
8137         }
8138
8139         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8140         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8141         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8142
8143         /* Print out the zone ranges */
8144         pr_info("Zone ranges:\n");
8145         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8146                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8147                         continue;
8148                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8149                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8150                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8151                         pr_cont("empty\n");
8152                 else
8153                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8154                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8155                                         << PAGE_SHIFT,
8156                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8157                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8158         }
8159
8160         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8161         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8162         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8163                 if (zone_movable_pfn[i])
8164                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8165                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8166         }
8167
8168         /*
8169          * Print out the early node map, and initialize the
8170          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8171          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8172          */
8173         pr_info("Early memory node ranges\n");
8174         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8175                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8176                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8177                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8178                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8179         }
8180
8181         /* Initialise every node */
8182         mminit_verify_pageflags_layout();
8183         setup_nr_node_ids();
8184         for_each_node(nid) {
8185                 pg_data_t *pgdat;
8186
8187                 if (!node_online(nid)) {
8188                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8189
8190                         /* Allocator not initialized yet */
8191                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8192                         if (!pgdat) {
8193                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8194                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8195                                 continue;
8196                         }
8197                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8198                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8199
8200                         /*
8201                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8202                          * files/directories for node without any memory
8203                          * attached to it, so this node is not marked as
8204                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8205                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8206                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8207                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8208                          * this node.
8209                          */
8210                         continue;
8211                 }
8212
8213                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8214                 free_area_init_node(nid);
8215
8216                 /* Any memory on that node */
8217                 if (pgdat->node_present_pages)
8218                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8219                 check_for_memory(pgdat, nid);
8220         }
8221
8222         memmap_init();
8223 }
8224
8225 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8226                                      unsigned long *percent)
8227 {
8228         unsigned long long coremem;
8229         char *endptr;
8230
8231         if (!p)
8232                 return -EINVAL;
8233
8234         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8235         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8236         if (*endptr == '%') {
8237                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8238                 WARN_ON(coremem > 100);
8239
8240                 *percent = coremem;
8241         } else {
8242                 coremem = memparse(p, &p);
8243                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8244                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8245
8246                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8247                 *percent = 0UL;
8248         }
8249         return 0;
8250 }
8251
8252 /*
8253  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8254  * cannot be reclaimed or migrated.
8255  */
8256 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8257 {
8258         /* parse kernelcore=mirror */
8259         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8260                 mirrored_kernelcore = true;
8261                 return 0;
8262         }
8263
8264         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8265                                   &required_kernelcore_percent);
8266 }
8267
8268 /*
8269  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8270  * can be reclaimed or migrated.
8271  */
8272 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8273 {
8274         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8275                                   &required_movablecore_percent);
8276 }
8277
8278 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8279 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8280
8281 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8282 {
8283         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8284         totalram_pages_add(count);
8285 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8286         if (PageHighMem(page))
8287                 totalhigh_pages_add(count);
8288 #endif
8289 }
8290 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8291
8292 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8293 {
8294         void *pos;
8295         unsigned long pages = 0;
8296
8297         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8298         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8299         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8300                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8301                 void *direct_map_addr;
8302
8303                 /*
8304                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8305                  * because some architectures' virt_to_page()
8306                  * work with aliases.  Getting the direct map
8307                  * address ensures that we get a _writeable_
8308                  * alias for the memset().
8309                  */
8310                 direct_map_addr = page_address(page);
8311                 /*
8312                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8313                  * has not been initialized.
8314                  */
8315                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8316                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8317                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8318
8319                 free_reserved_page(page);
8320         }
8321
8322         if (pages && s)
8323                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8324
8325         return pages;
8326 }
8327
8328 void __init mem_init_print_info(void)
8329 {
8330         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8331         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8332
8333         physpages = get_num_physpages();
8334         codesize = _etext - _stext;
8335         datasize = _edata - _sdata;
8336         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8337         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8338         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8339         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8340
8341         /*
8342          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8343          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8344          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8345          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8346          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8347          */
8348 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8349         do { \
8350                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8351                         size -= adj; \
8352         } while (0)
8353
8354         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8355                      _sinittext, init_code_size);
8356         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8357         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8358         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8359         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8360
8361 #undef  adj_init_size
8362
8363         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8364 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8365                 ", %luK highmem"
8366 #endif
8367                 ")\n",
8368                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8369                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8370                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8371                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8372                 K(totalcma_pages)
8373 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8374                 , K(totalhigh_pages())
8375 #endif
8376                 );
8377 }
8378
8379 /**
8380  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8381  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8382  *
8383  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8384  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8385  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8386  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8387  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8388  * smaller per-cpu batchsize.
8389  */
8390 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8391 {
8392         dma_reserve = new_dma_reserve;
8393 }
8394
8395 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8396 {
8397         struct zone *zone;
8398
8399         lru_add_drain_cpu(cpu);
8400         mlock_page_drain_remote(cpu);
8401         drain_pages(cpu);
8402
8403         /*
8404          * Spill the event counters of the dead processor
8405          * into the current processors event counters.
8406          * This artificially elevates the count of the current
8407          * processor.
8408          */
8409         vm_events_fold_cpu(cpu);
8410
8411         /*
8412          * Zero the differential counters of the dead processor
8413          * so that the vm statistics are consistent.
8414          *
8415          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8416          * race with what we are doing.
8417          */
8418         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8419
8420         for_each_populated_zone(zone)
8421                 zone_pcp_update(zone, 0);
8422
8423         return 0;
8424 }
8425
8426 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8427 {
8428         struct zone *zone;
8429
8430         for_each_populated_zone(zone)
8431                 zone_pcp_update(zone, 1);
8432         return 0;
8433 }
8434
8435 #ifdef CONFIG_NUMA
8436 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8437
8438 static int __init set_hashdist(char *str)
8439 {
8440         if (!str)
8441                 return 0;
8442         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8443         return 1;
8444 }
8445 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8446 #endif
8447
8448 void __init page_alloc_init(void)
8449 {
8450         int ret;
8451
8452 #ifdef CONFIG_NUMA
8453         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8454                 hashdist = 0;
8455 #endif
8456
8457         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8458                                         "mm/page_alloc:pcp",
8459                                         page_alloc_cpu_online,
8460                                         page_alloc_cpu_dead);
8461         WARN_ON(ret < 0);
8462 }
8463
8464 /*
8465  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8466  *      or min_free_kbytes changes.
8467  */
8468 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8469 {
8470         struct pglist_data *pgdat;
8471         unsigned long reserve_pages = 0;
8472         enum zone_type i, j;
8473
8474         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8475
8476                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8477
8478                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8479                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8480                         long max = 0;
8481                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8482
8483                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8484                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8485                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8486                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8487                         }
8488
8489                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8490                         max += high_wmark_pages(zone);
8491
8492                         if (max > managed_pages)
8493                                 max = managed_pages;
8494
8495                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8496
8497                         reserve_pages += max;
8498                 }
8499         }
8500         totalreserve_pages = reserve_pages;
8501 }
8502
8503 /*
8504  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8505  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8506  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8507  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8508  */
8509 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8510 {
8511         struct pglist_data *pgdat;
8512         enum zone_type i, j;
8513
8514         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8515                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8516                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8517                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8518                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8519                         unsigned long managed_pages = 0;
8520
8521                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8522                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8523
8524                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8525
8526                                 if (clear)
8527                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8528                                 else
8529                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8530                         }
8531                 }
8532         }
8533
8534         /* update totalreserve_pages */
8535         calculate_totalreserve_pages();
8536 }
8537
8538 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8539 {
8540         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8541         unsigned long lowmem_pages = 0;
8542         struct zone *zone;
8543         unsigned long flags;
8544
8545         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8546         for_each_zone(zone) {
8547                 if (!is_highmem(zone))
8548                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8549         }
8550
8551         for_each_zone(zone) {
8552                 u64 tmp;
8553
8554                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8555                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8556                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8557                 if (is_highmem(zone)) {
8558                         /*
8559                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8560                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8561                          * value here.
8562                          *
8563                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8564                          * deltas control async page reclaim, and so should
8565                          * not be capped for highmem.
8566                          */
8567                         unsigned long min_pages;
8568
8569                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8570                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8571                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8572                 } else {
8573                         /*
8574                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8575                          * proportionate to the zone's size.
8576                          */
8577                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8578                 }
8579
8580                 /*
8581                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8582                  * scale factor in proportion to available memory, but
8583                  * ensure a minimum size on small systems.
8584                  */
8585                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8586                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8587                                       watermark_scale_factor, 10000));
8588
8589                 zone->watermark_boost = 0;
8590                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8591                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8592                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8593
8594                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8595         }
8596
8597         /* update totalreserve_pages */
8598         calculate_totalreserve_pages();
8599 }
8600
8601 /**
8602  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8603  * or when memory is hot-{added|removed}
8604  *
8605  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8606  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8607  */
8608 void setup_per_zone_wmarks(void)
8609 {
8610         struct zone *zone;
8611         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8612
8613         spin_lock(&lock);
8614         __setup_per_zone_wmarks();
8615         spin_unlock(&lock);
8616
8617         /*
8618          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8619          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8620          */
8621         for_each_zone(zone)
8622                 zone_pcp_update(zone, 0);
8623 }
8624
8625 /*
8626  * Initialise min_free_kbytes.
8627  *
8628  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8629  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8630  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8631  *
8632  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8633  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8634  *
8635  * which yields
8636  *
8637  * 16MB:        512k
8638  * 32MB:        724k
8639  * 64MB:        1024k
8640  * 128MB:       1448k
8641  * 256MB:       2048k
8642  * 512MB:       2896k
8643  * 1024MB:      4096k
8644  * 2048MB:      5792k
8645  * 4096MB:      8192k
8646  * 8192MB:      11584k
8647  * 16384MB:     16384k
8648  */
8649 void calculate_min_free_kbytes(void)
8650 {
8651         unsigned long lowmem_kbytes;
8652         int new_min_free_kbytes;
8653
8654         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8655         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8656
8657         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8658                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8659         else
8660                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8661                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8662
8663 }
8664
8665 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8666 {
8667         calculate_min_free_kbytes();
8668         setup_per_zone_wmarks();
8669         refresh_zone_stat_thresholds();
8670         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8671
8672 #ifdef CONFIG_NUMA
8673         setup_min_unmapped_ratio();
8674         setup_min_slab_ratio();
8675 #endif
8676
8677         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8678
8679         return 0;
8680 }
8681 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8682
8683 /*
8684  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8685  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8686  *      changes.
8687  */
8688 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8689                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8690 {
8691         int rc;
8692
8693         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8694         if (rc)
8695                 return rc;
8696
8697         if (write) {
8698                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8699                 setup_per_zone_wmarks();
8700         }
8701         return 0;
8702 }
8703
8704 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8705                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8706 {
8707         int rc;
8708
8709         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8710         if (rc)
8711                 return rc;
8712
8713         if (write)
8714                 setup_per_zone_wmarks();
8715
8716         return 0;
8717 }
8718
8719 #ifdef CONFIG_NUMA
8720 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8721 {
8722         pg_data_t *pgdat;
8723         struct zone *zone;
8724
8725         for_each_online_pgdat(pgdat)
8726                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8727
8728         for_each_zone(zone)
8729                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8730                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8731 }
8732
8733
8734 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8735                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8736 {
8737         int rc;
8738
8739         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8740         if (rc)
8741                 return rc;
8742
8743         setup_min_unmapped_ratio();
8744
8745         return 0;
8746 }
8747
8748 static void setup_min_slab_ratio(void)
8749 {
8750         pg_data_t *pgdat;
8751         struct zone *zone;
8752
8753         for_each_online_pgdat(pgdat)
8754                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8755
8756         for_each_zone(zone)
8757                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8758                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8759 }
8760
8761 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8762                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8763 {
8764         int rc;
8765
8766         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8767         if (rc)
8768                 return rc;
8769
8770         setup_min_slab_ratio();
8771
8772         return 0;
8773 }
8774 #endif
8775
8776 /*
8777  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8778  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8779  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8780  *
8781  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8782  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8783  * if in function of the boot time zone sizes.
8784  */
8785 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8786                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8787 {
8788         int i;
8789
8790         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8791
8792         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8793                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8794                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8795         }
8796
8797         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8798         return 0;
8799 }
8800
8801 /*
8802  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8803  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8804  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8805  */
8806 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8807                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8808 {
8809         struct zone *zone;
8810         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8811         int ret;
8812
8813         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8814         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8815
8816         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8817         if (!write || ret < 0)
8818                 goto out;
8819
8820         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8821         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8822             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8823                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8824                 ret = -EINVAL;
8825                 goto out;
8826         }
8827
8828         /* No change? */
8829         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8830                 goto out;
8831
8832         for_each_populated_zone(zone)
8833                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8834 out:
8835         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8836         return ret;
8837 }
8838
8839 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8840 /*
8841  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8842  * is not known to alloc_large_system_hash().
8843  */
8844 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8845 {
8846         return 0;
8847 }
8848 #endif
8849
8850 /*
8851  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8852  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8853  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8854  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8855  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8856  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8857  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8858  */
8859 #if __BITS_PER_LONG > 32
8860 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8861 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8862 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8863 #endif
8864
8865 /*
8866  * allocate a large system hash table from bootmem
8867  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8868  *   quantity of entries
8869  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8870  */
8871 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8872                                      unsigned long bucketsize,
8873                                      unsigned long numentries,
8874                                      int scale,
8875                                      int flags,
8876                                      unsigned int *_hash_shift,
8877                                      unsigned int *_hash_mask,
8878                                      unsigned long low_limit,
8879                                      unsigned long high_limit)
8880 {
8881         unsigned long long max = high_limit;
8882         unsigned long log2qty, size;
8883         void *table = NULL;
8884         gfp_t gfp_flags;
8885         bool virt;
8886         bool huge;
8887
8888         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8889         if (!numentries) {
8890                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8891                 numentries = nr_kernel_pages;
8892                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8893
8894                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8895                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8896                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8897
8898 #if __BITS_PER_LONG > 32
8899                 if (!high_limit) {
8900                         unsigned long adapt;
8901
8902                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8903                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8904                                 scale++;
8905                 }
8906 #endif
8907
8908                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8909                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8910                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8911                 else
8912                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8913
8914                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8915                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8916                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8917                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8918                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8919                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8920                                 BUG_ON(!numentries);
8921                         }
8922                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8923                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8924         }
8925         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8926
8927         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8928         if (max == 0) {
8929                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8930                 do_div(max, bucketsize);
8931         }
8932         max = min(max, 0x80000000ULL);
8933
8934         if (numentries < low_limit)
8935                 numentries = low_limit;
8936         if (numentries > max)
8937                 numentries = max;
8938
8939         log2qty = ilog2(numentries);
8940
8941         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8942         do {
8943                 virt = false;
8944                 size = bucketsize << log2qty;
8945                 if (flags & HASH_EARLY) {
8946                         if (flags & HASH_ZERO)
8947                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8948                         else
8949                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8950                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8951                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8952                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
8953                         virt = true;
8954                         if (table)
8955                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8956                 } else {
8957                         /*
8958                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8959                          * some pages at the end of hash table which
8960                          * alloc_pages_exact() automatically does
8961                          */
8962                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8963                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8964                 }
8965         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8966
8967         if (!table)
8968                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8969
8970         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8971                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8972                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8973
8974         if (_hash_shift)
8975                 *_hash_shift = log2qty;
8976         if (_hash_mask)
8977                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8978
8979         return table;
8980 }
8981
8982 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8983 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8984         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8985 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8986 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8987 {
8988         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8989
8990         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8991                 struct page *page;
8992
8993                 dump_stack();
8994                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8995                         dump_page(page, "migration failure");
8996         }
8997 }
8998 #else
8999 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9000 {
9001 }
9002 #endif
9003
9004 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9005 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9006                                         unsigned long start, unsigned long end)
9007 {
9008         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9009         unsigned int nr_reclaimed;
9010         unsigned long pfn = start;
9011         unsigned int tries = 0;
9012         int ret = 0;
9013         struct migration_target_control mtc = {
9014                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9015                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9016         };
9017
9018         lru_cache_disable();
9019
9020         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9021                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9022                         ret = -EINTR;
9023                         break;
9024                 }
9025
9026                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9027                         cc->nr_migratepages = 0;
9028                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9029                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9030                                 break;
9031                         pfn = cc->migrate_pfn;
9032                         tries = 0;
9033                 } else if (++tries == 5) {
9034                         ret = -EBUSY;
9035                         break;
9036                 }
9037
9038                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9039                                                         &cc->migratepages);
9040                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9041
9042                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9043                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9044
9045                 /*
9046                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9047                  * to retry again over this error, so do the same here.
9048                  */
9049                 if (ret == -ENOMEM)
9050                         break;
9051         }
9052
9053         lru_cache_enable();
9054         if (ret < 0) {
9055                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9056                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9057                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9058                 return ret;
9059         }
9060         return 0;
9061 }
9062
9063 /**
9064  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9065  * @start:      start PFN to allocate
9066  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9067  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9068  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9069  *                      in range must have the same migratetype and it must
9070  *                      be either of the two.
9071  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9072  *
9073  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9074  * belong to a single zone.
9075  *
9076  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9077  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9078  * be modified by others.
9079  *
9080  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9081  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9082  * need to be freed with free_contig_range().
9083  */
9084 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9085                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9086 {
9087         unsigned long outer_start, outer_end;
9088         int order;
9089         int ret = 0;
9090
9091         struct compact_control cc = {
9092                 .nr_migratepages = 0,
9093                 .order = -1,
9094                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9095                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9096                 .ignore_skip_hint = true,
9097                 .no_set_skip_hint = true,
9098                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9099                 .alloc_contig = true,
9100         };
9101         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9102
9103         /*
9104          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9105          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9106          * have different sizes, and due to the way page allocator
9107          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9108          *
9109          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9110          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9111          * we are interested in). This will put all the pages in
9112          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9113          *
9114          * When this is done, we take the pages in range from page
9115          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9116          * page allocator will never consider using them.
9117          *
9118          * This lets us mark the pageblocks back as
9119          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9120          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9121          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9122          */
9123
9124         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9125         if (ret)
9126                 goto done;
9127
9128         drain_all_pages(cc.zone);
9129
9130         /*
9131          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9132          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9133          * which will report the busy page.
9134          *
9135          * It is possible that busy pages could become available before
9136          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9137          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9138          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9139          */
9140         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9141         if (ret && ret != -EBUSY)
9142                 goto done;
9143         ret = 0;
9144
9145         /*
9146          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9147          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9148          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9149          * What we are going to do is to allocate all pages from
9150          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9151          *
9152          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9153          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9154          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9155          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9156          * once this is done free the pages we are not interested in.
9157          *
9158          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9159          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9160          */
9161
9162         order = 0;
9163         outer_start = start;
9164         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9165                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9166                         outer_start = start;
9167                         break;
9168                 }
9169                 outer_start &= ~0UL << order;
9170         }
9171
9172         if (outer_start != start) {
9173                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9174
9175                 /*
9176                  * outer_start page could be small order buddy page and
9177                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9178                  * in this case to report failed page properly
9179                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9180                  */
9181                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9182                         outer_start = start;
9183         }
9184
9185         /* Make sure the range is really isolated. */
9186         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9187                 ret = -EBUSY;
9188                 goto done;
9189         }
9190
9191         /* Grab isolated pages from freelists. */
9192         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9193         if (!outer_end) {
9194                 ret = -EBUSY;
9195                 goto done;
9196         }
9197
9198         /* Free head and tail (if any) */
9199         if (start != outer_start)
9200                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9201         if (end != outer_end)
9202                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9203
9204 done:
9205         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9206         return ret;
9207 }
9208 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9209
9210 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9211                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9212 {
9213         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9214
9215         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9216                                   gfp_mask);
9217 }
9218
9219 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9220                                    unsigned long nr_pages)
9221 {
9222         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9223         struct page *page;
9224
9225         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9226                 page = pfn_to_online_page(i);
9227                 if (!page)
9228                         return false;
9229
9230                 if (page_zone(page) != z)
9231                         return false;
9232
9233                 if (PageReserved(page))
9234                         return false;
9235         }
9236         return true;
9237 }
9238
9239 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9240                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9241 {
9242         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9243
9244         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9245 }
9246
9247 /**
9248  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9249  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9250  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9251  * @nid:        Target node
9252  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9253  *
9254  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9255  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9256  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9257  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9258  *
9259  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9260  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9261  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9262  *
9263  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9264  * __free_page() on each allocated page.
9265  *
9266  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9267  */
9268 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9269                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9270 {
9271         unsigned long ret, pfn, flags;
9272         struct zonelist *zonelist;
9273         struct zone *zone;
9274         struct zoneref *z;
9275
9276         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9277         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9278                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9279                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9280
9281                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9282                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9283                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9284                                 /*
9285                                  * We release the zone lock here because
9286                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9287                                  * at some point. If there's an allocation
9288                                  * spinning on this lock, it may win the race
9289                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9290                                  */
9291                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9292                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9293                                                         gfp_mask);
9294                                 if (!ret)
9295                                         return pfn_to_page(pfn);
9296                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9297                         }
9298                         pfn += nr_pages;
9299                 }
9300                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9301         }
9302         return NULL;
9303 }
9304 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9305
9306 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9307 {
9308         unsigned long count = 0;
9309
9310         for (; nr_pages--; pfn++) {
9311                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9312
9313                 count += page_count(page) != 1;
9314                 __free_page(page);
9315         }
9316         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9317 }
9318 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9319
9320 /*
9321  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9322  * page high values need to be recalculated.
9323  */
9324 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9325 {
9326         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9327         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9328         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9329 }
9330
9331 /*
9332  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9333  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9334  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9335  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9336  *
9337  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9338  */
9339 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9340 {
9341         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9342         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9343         __drain_all_pages(zone, true);
9344 }
9345
9346 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9347 {
9348         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9349         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9350 }
9351
9352 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9353 {
9354         int cpu;
9355         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9356
9357         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9358                 for_each_online_cpu(cpu) {
9359                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9360                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9361                 }
9362                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9363                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9364                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9365                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9366         }
9367 }
9368
9369 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9370 /*
9371  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9372  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9373  */
9374 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9375 {
9376         unsigned long pfn = start_pfn;
9377         struct page *page;
9378         struct zone *zone;
9379         unsigned int order;
9380         unsigned long flags;
9381
9382         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9383         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9384         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9385         while (pfn < end_pfn) {
9386                 page = pfn_to_page(pfn);
9387                 /*
9388                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9389                  * page_count() is not 0.
9390                  */
9391                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9392                         pfn++;
9393                         continue;
9394                 }
9395                 /*
9396                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9397                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9398                  */
9399                 if (PageOffline(page)) {
9400                         BUG_ON(page_count(page));
9401                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9402                         pfn++;
9403                         continue;
9404                 }
9405
9406                 BUG_ON(page_count(page));
9407                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9408                 order = buddy_order(page);
9409                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9410                 pfn += (1 << order);
9411         }
9412         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9413 }
9414 #endif
9415
9416 /*
9417  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9418  */
9419 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9420 {
9421         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9422         unsigned int order;
9423
9424         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9425                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9426
9427                 if (PageBuddy(page_head) &&
9428                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9429                         break;
9430         }
9431
9432         return order < MAX_ORDER;
9433 }
9434 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9435
9436 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9437 /*
9438  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9439  * buddy allocator.
9440  */
9441 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9442                                    struct page *target, int low, int high,
9443                                    int migratetype)
9444 {
9445         unsigned long size = 1 << high;
9446         struct page *current_buddy, *next_page;
9447
9448         while (high > low) {
9449                 high--;
9450                 size >>= 1;
9451
9452                 if (target >= &page[size]) {
9453                         next_page = page + size;
9454                         current_buddy = page;
9455                 } else {
9456                         next_page = page;
9457                         current_buddy = page + size;
9458                 }
9459
9460                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9461                         continue;
9462
9463                 if (current_buddy != target) {
9464                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9465                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9466                         page = next_page;
9467                 }
9468         }
9469 }
9470
9471 /*
9472  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9473  */
9474 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9475 {
9476         struct zone *zone = page_zone(page);
9477         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9478         unsigned long flags;
9479         unsigned int order;
9480         bool ret = false;
9481
9482         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9483         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9484                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9485                 int page_order = buddy_order(page_head);
9486
9487                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9488                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9489                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9490                                                                    pfn_head);
9491
9492                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9493                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9494                                                 page_order, migratetype);
9495                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9496                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9497                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9498                         ret = true;
9499                         break;
9500                 }
9501                 if (page_count(page_head) > 0)
9502                         break;
9503         }
9504         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9505         return ret;
9506 }
9507
9508 /*
9509  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9510  */
9511 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9512 {
9513         struct zone *zone = page_zone(page);
9514         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9515         unsigned long flags;
9516         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9517         bool ret = false;
9518
9519         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9520         if (put_page_testzero(page)) {
9521                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9522                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9523                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9524                         ret = true;
9525                 }
9526         }
9527         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9528
9529         return ret;
9530 }
9531 #endif
9532
9533 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9534 bool has_managed_dma(void)
9535 {
9536         struct pglist_data *pgdat;
9537
9538         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9539                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9540
9541                 if (managed_zone(zone))
9542                         return true;
9543         }
9544         return false;
9545 }
9546 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */