mm: fix spelling mistakes
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 #if defined(CONFIG_DEBUG_INFO_BTF) &&                           \
128         !defined(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC) &&                    \
129         !defined(CONFIG_PAHOLE_HAS_ZEROSIZE_PERCPU_SUPPORT)
130         /*
131          * pahole 1.21 and earlier gets confused by zero-sized per-CPU
132          * variables and produces invalid BTF. Ensure that
133          * sizeof(struct pagesets) != 0 for older versions of pahole.
134          */
135         char __pahole_hack;
136         #warning "pahole too old to support zero-sized struct pagesets"
137 #endif
138 };
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
140         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
144 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
145 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
146 #endif
147
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
149
150 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
151 /*
152  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
153  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
154  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
155  * defined in <linux/topology.h>.
156  */
157 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
158 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
159 #endif
160
161 /* work_structs for global per-cpu drains */
162 struct pcpu_drain {
163         struct zone *zone;
164         struct work_struct work;
165 };
166 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
167 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
168
169 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
170 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
171 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
172 #endif
173
174 /*
175  * Array of node states.
176  */
177 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
178         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
179         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
180 #ifndef CONFIG_NUMA
181         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
184 #endif
185         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
186         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
187 #endif  /* NUMA */
188 };
189 EXPORT_SYMBOL(node_states);
190
191 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
192 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
193 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
194 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
195
196 int percpu_pagelist_high_fraction;
197 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
198 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
199 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
200
201 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
202 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
203
204 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
205                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
206 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
207 {
208
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
212
213 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
214                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
215 static int __init early_init_on_free(char *buf)
216 {
217         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
218 }
219 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
220
221 /*
222  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
223  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
224  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
225  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
226  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
227  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
228  */
229 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
230 {
231         return page->index;
232 }
233
234 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         page->index = migratetype;
237 }
238
239 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
240 /*
241  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
242  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
243  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
244  * they should always be called with system_transition_mutex held
245  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
246  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
247  * with that modification).
248  */
249
250 static gfp_t saved_gfp_mask;
251
252 void pm_restore_gfp_mask(void)
253 {
254         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
255         if (saved_gfp_mask) {
256                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
257                 saved_gfp_mask = 0;
258         }
259 }
260
261 void pm_restrict_gfp_mask(void)
262 {
263         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
264         WARN_ON(saved_gfp_mask);
265         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
266         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
267 }
268
269 bool pm_suspended_storage(void)
270 {
271         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
272                 return false;
273         return true;
274 }
275 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
276
277 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
278 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
279 #endif
280
281 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
282                             fpi_t fpi_flags);
283
284 /*
285  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
286  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
287  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
288  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
289  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
290  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
291  *
292  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
293  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
294  */
295 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
297         [ZONE_DMA] = 256,
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
300         [ZONE_DMA32] = 256,
301 #endif
302         [ZONE_NORMAL] = 32,
303 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
304         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
305 #endif
306         [ZONE_MOVABLE] = 0,
307 };
308
309 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
311          "DMA",
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
314          "DMA32",
315 #endif
316          "Normal",
317 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
318          "HighMem",
319 #endif
320          "Movable",
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
322          "Device",
323 #endif
324 };
325
326 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
327         "Unmovable",
328         "Movable",
329         "Reclaimable",
330         "HighAtomic",
331 #ifdef CONFIG_CMA
332         "CMA",
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
335         "Isolate",
336 #endif
337 };
338
339 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
340         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
341         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
342 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
343         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
346         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
347 #endif
348 };
349
350 int min_free_kbytes = 1024;
351 int user_min_free_kbytes = -1;
352 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
353 int watermark_scale_factor = 10;
354
355 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
356 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
357 static unsigned long dma_reserve __initdata;
358
359 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
360 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
361 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
362 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
363 static unsigned long required_movablecore __initdata;
364 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
365 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
366 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
367
368 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
369 int movable_zone;
370 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
371
372 #if MAX_NUMNODES > 1
373 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
374 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
375 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
376 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
377 #endif
378
379 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
380
381 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
382 /*
383  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
384  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
385  * and we can permanently disable that path.
386  */
387 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
388
389 /*
390  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
391  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
392  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
393  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
394  *
395  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
396  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
397  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
398  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
399  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
400  * initialization is done, but this is not likely to happen.
401  */
402 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
403                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
404 {
405         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages))
406                 return;
407         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
408                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
409                 return;
410         kasan_free_pages(page, order, init);
411 }
412
413 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
414 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
415 {
416         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
417
418         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
419                 return true;
420
421         return false;
422 }
423
424 /*
425  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
426  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
427  */
428 static bool __meminit
429 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
430 {
431         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
432
433         /*
434          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
435          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
436          */
437         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
438                 prev_end_pfn = end_pfn;
439                 nr_initialised = 0;
440         }
441
442         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
443         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
444                 return false;
445
446         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
447                 return true;
448         /*
449          * We start only with one section of pages, more pages are added as
450          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
451          */
452         nr_initialised++;
453         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
454             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
455                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
456                 return true;
457         }
458         return false;
459 }
460 #else
461 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
462                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
463 {
464         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
465                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
466                 return;
467         kasan_free_pages(page, order, init);
468 }
469
470 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474
475 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
476 {
477         return false;
478 }
479 #endif
480
481 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
482 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
483                                                         unsigned long pfn)
484 {
485 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
486         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
487 #else
488         return page_zone(page)->pageblock_flags;
489 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
490 }
491
492 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
493 {
494 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
495         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
496 #else
497         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
498 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
499         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
500 }
501
502 static __always_inline
503 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
504                                         unsigned long pfn,
505                                         unsigned long mask)
506 {
507         unsigned long *bitmap;
508         unsigned long bitidx, word_bitidx;
509         unsigned long word;
510
511         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
512         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
513         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
514         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
515
516         word = bitmap[word_bitidx];
517         return (word >> bitidx) & mask;
518 }
519
520 /**
521  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
522  * @page: The page within the block of interest
523  * @pfn: The target page frame number
524  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
525  *
526  * Return: pageblock_bits flags
527  */
528 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
529                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
530 {
531         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
532 }
533
534 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
535                                         unsigned long pfn)
536 {
537         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
538 }
539
540 /**
541  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
542  * @page: The page within the block of interest
543  * @flags: The flags to set
544  * @pfn: The target page frame number
545  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
546  */
547 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
548                                         unsigned long pfn,
549                                         unsigned long mask)
550 {
551         unsigned long *bitmap;
552         unsigned long bitidx, word_bitidx;
553         unsigned long old_word, word;
554
555         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
556         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
557
558         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
559         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
560         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
561         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
562
563         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
564
565         mask <<= bitidx;
566         flags <<= bitidx;
567
568         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
569         for (;;) {
570                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
571                 if (word == old_word)
572                         break;
573                 word = old_word;
574         }
575 }
576
577 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
578 {
579         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
580                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
581                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
582
583         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
584                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
585 }
586
587 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
588 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         int ret = 0;
591         unsigned seq;
592         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
593         unsigned long sp, start_pfn;
594
595         do {
596                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
597                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
598                 sp = zone->spanned_pages;
599                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
600                         ret = 1;
601         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
602
603         if (ret)
604                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
605                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
606                         start_pfn, start_pfn + sp);
607
608         return ret;
609 }
610
611 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
612 {
613         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
614                 return 0;
615         if (zone != page_zone(page))
616                 return 0;
617
618         return 1;
619 }
620 /*
621  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
622  */
623 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
624 {
625         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
626                 return 1;
627         if (!page_is_consistent(zone, page))
628                 return 1;
629
630         return 0;
631 }
632 #else
633 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
634 {
635         return 0;
636 }
637 #endif
638
639 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
640 {
641         static unsigned long resume;
642         static unsigned long nr_shown;
643         static unsigned long nr_unshown;
644
645         /*
646          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
647          * or allow a steady drip of one report per second.
648          */
649         if (nr_shown == 60) {
650                 if (time_before(jiffies, resume)) {
651                         nr_unshown++;
652                         goto out;
653                 }
654                 if (nr_unshown) {
655                         pr_alert(
656                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
657                                 nr_unshown);
658                         nr_unshown = 0;
659                 }
660                 nr_shown = 0;
661         }
662         if (nr_shown++ == 0)
663                 resume = jiffies + 60 * HZ;
664
665         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
666                 current->comm, page_to_pfn(page));
667         dump_page(page, reason);
668
669         print_modules();
670         dump_stack();
671 out:
672         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
673         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
674         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
675 }
676
677 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
678 {
679         int base = order;
680
681 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
682         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
683                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
684                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
685         }
686 #else
687         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
688 #endif
689
690         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
691 }
692
693 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
694 {
695         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
696
697 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
698         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
699                 order = pageblock_order;
700                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
701         }
702 #else
703         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
704 #endif
705
706         return order;
707 }
708
709 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
710 {
711         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
712                 return true;
713 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
714         if (order == pageblock_order)
715                 return true;
716 #endif
717         return false;
718 }
719
720 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
721 {
722         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
723                 free_unref_page(page, order);
724         else
725                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
726 }
727
728 /*
729  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
730  *
731  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
732  *
733  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
734  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
735  *
736  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
737  * page destructors. See compound_page_dtors.
738  *
739  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
740  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
741  */
742
743 void free_compound_page(struct page *page)
744 {
745         mem_cgroup_uncharge(page);
746         free_the_page(page, compound_order(page));
747 }
748
749 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
750 {
751         int i;
752         int nr_pages = 1 << order;
753
754         __SetPageHead(page);
755         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
756                 struct page *p = page + i;
757                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
758                 set_compound_head(p, page);
759         }
760
761         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
762         set_compound_order(page, order);
763         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
764         if (hpage_pincount_available(page))
765                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
766 }
767
768 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
769 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
770
771 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
772                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
773 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
774 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
775 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
776
777 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
778
779 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
780 {
781         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
782 }
783 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
784
785 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
786 {
787         unsigned long res;
788
789         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
790                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
791                 return 0;
792         }
793         _debug_guardpage_minorder = res;
794         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
795         return 0;
796 }
797 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
798
799 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                                 unsigned int order, int migratetype)
801 {
802         if (!debug_guardpage_enabled())
803                 return false;
804
805         if (order >= debug_guardpage_minorder())
806                 return false;
807
808         __SetPageGuard(page);
809         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
810         set_page_private(page, order);
811         /* Guard pages are not available for any usage */
812         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
813
814         return true;
815 }
816
817 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
818                                 unsigned int order, int migratetype)
819 {
820         if (!debug_guardpage_enabled())
821                 return;
822
823         __ClearPageGuard(page);
824
825         set_page_private(page, 0);
826         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
827                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
828 }
829 #else
830 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
831                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
832 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
833                                 unsigned int order, int migratetype) {}
834 #endif
835
836 /*
837  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
838  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
839  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
840  * enabled, and then make decisions.
841  */
842 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
843 {
844         bool page_poisoning_requested = false;
845
846 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
847         /*
848          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
849          * either of those options are enabled, enable poisoning.
850          */
851         if (page_poisoning_enabled() ||
852              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
853               debug_pagealloc_enabled())) {
854                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
855                 page_poisoning_requested = true;
856         }
857 #endif
858
859         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
860                 if (page_poisoning_requested)
861                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
862                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
863                 else
864                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
865         }
866         if (_init_on_free_enabled_early) {
867                 if (page_poisoning_requested)
868                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
869                                 "will take precedence over init_on_free\n");
870                 else
871                         static_branch_enable(&init_on_free);
872         }
873
874 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
875         if (!debug_pagealloc_enabled())
876                 return;
877
878         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
879
880         if (!debug_guardpage_minorder())
881                 return;
882
883         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
884 #endif
885 }
886
887 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
888 {
889         set_page_private(page, order);
890         __SetPageBuddy(page);
891 }
892
893 /*
894  * This function checks whether a page is free && is the buddy
895  * we can coalesce a page and its buddy if
896  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
897  * (b) the buddy is in the buddy system &&
898  * (c) a page and its buddy have the same order &&
899  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
900  *
901  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
902  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
903  *
904  * For recording page's order, we use page_private(page).
905  */
906 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
907                                                         unsigned int order)
908 {
909         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
910                 return false;
911
912         if (buddy_order(buddy) != order)
913                 return false;
914
915         /*
916          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
917          * zone/node ids for pages that could never merge.
918          */
919         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
920                 return false;
921
922         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
923
924         return true;
925 }
926
927 #ifdef CONFIG_COMPACTION
928 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
929 {
930         struct capture_control *capc = current->capture_control;
931
932         return unlikely(capc) &&
933                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
934                 !capc->page &&
935                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
936 }
937
938 static inline bool
939 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
940                    int order, int migratetype)
941 {
942         if (!capc || order != capc->cc->order)
943                 return false;
944
945         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
946         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
947             is_migrate_isolate(migratetype))
948                 return false;
949
950         /*
951          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
952          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
953          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
954          * have trouble finding a high-order free page.
955          */
956         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
957                 return false;
958
959         capc->page = page;
960         return true;
961 }
962
963 #else
964 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
965 {
966         return NULL;
967 }
968
969 static inline bool
970 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
971                    int order, int migratetype)
972 {
973         return false;
974 }
975 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
976
977 /* Used for pages not on another list */
978 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
979                                     unsigned int order, int migratetype)
980 {
981         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
982
983         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
984         area->nr_free++;
985 }
986
987 /* Used for pages not on another list */
988 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
989                                          unsigned int order, int migratetype)
990 {
991         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
992
993         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
994         area->nr_free++;
995 }
996
997 /*
998  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
999  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1000  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1001  */
1002 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1003                                      unsigned int order, int migratetype)
1004 {
1005         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1006
1007         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1008 }
1009
1010 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1011                                            unsigned int order)
1012 {
1013         /* clear reported state and update reported page count */
1014         if (page_reported(page))
1015                 __ClearPageReported(page);
1016
1017         list_del(&page->lru);
1018         __ClearPageBuddy(page);
1019         set_page_private(page, 0);
1020         zone->free_area[order].nr_free--;
1021 }
1022
1023 /*
1024  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1025  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1026  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1027  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1028  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1029  * as a higher order page
1030  */
1031 static inline bool
1032 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1033                    struct page *page, unsigned int order)
1034 {
1035         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1036         unsigned long combined_pfn;
1037
1038         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1039                 return false;
1040
1041         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1042                 return false;
1043
1044         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1045         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1046         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1047         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1048
1049         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1050                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1051 }
1052
1053 /*
1054  * Freeing function for a buddy system allocator.
1055  *
1056  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1057  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1058  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1059  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1060  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1061  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1062  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1063  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1064  * parts of the VM system.
1065  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1066  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1067  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1068  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1069  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1070  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1071  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1072  * triggers coalescing into a block of larger size.
1073  *
1074  * -- nyc
1075  */
1076
1077 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1078                 unsigned long pfn,
1079                 struct zone *zone, unsigned int order,
1080                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1081 {
1082         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1083         unsigned long buddy_pfn;
1084         unsigned long combined_pfn;
1085         unsigned int max_order;
1086         struct page *buddy;
1087         bool to_tail;
1088
1089         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1090
1091         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1092         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1093
1094         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1095         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1096                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1097
1098         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1099         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1100
1101 continue_merging:
1102         while (order < max_order) {
1103                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1104                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1105                                                                 migratetype);
1106                         return;
1107                 }
1108                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1109                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1110
1111                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1112                         goto done_merging;
1113                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1114                         goto done_merging;
1115                 /*
1116                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1117                  * merge with it and move up one order.
1118                  */
1119                 if (page_is_guard(buddy))
1120                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1121                 else
1122                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1123                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1124                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1125                 pfn = combined_pfn;
1126                 order++;
1127         }
1128         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1129                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1130                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1131                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1132                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1133                  *
1134                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1135                  * low-order merging.
1136                  */
1137                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1138                         int buddy_mt;
1139
1140                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1141                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1142                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1143
1144                         if (migratetype != buddy_mt
1145                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1146                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1147                                 goto done_merging;
1148                 }
1149                 max_order = order + 1;
1150                 goto continue_merging;
1151         }
1152
1153 done_merging:
1154         set_buddy_order(page, order);
1155
1156         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1157                 to_tail = true;
1158         else if (is_shuffle_order(order))
1159                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1160         else
1161                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1162
1163         if (to_tail)
1164                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1165         else
1166                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1167
1168         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1169         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1170                 page_reporting_notify_free(order);
1171 }
1172
1173 /*
1174  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1175  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1176  * check if necessary.
1177  */
1178 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1179                                         unsigned long check_flags)
1180 {
1181         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1182                 return false;
1183
1184         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1185                         page_ref_count(page) |
1186 #ifdef CONFIG_MEMCG
1187                         page->memcg_data |
1188 #endif
1189                         (page->flags & check_flags)))
1190                 return false;
1191
1192         return true;
1193 }
1194
1195 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1196 {
1197         const char *bad_reason = NULL;
1198
1199         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1200                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1201         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1202                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1203         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1204                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1205         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1206                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1207                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1208                 else
1209                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1210         }
1211 #ifdef CONFIG_MEMCG
1212         if (unlikely(page->memcg_data))
1213                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1214 #endif
1215         return bad_reason;
1216 }
1217
1218 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1219 {
1220         bad_page(page,
1221                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1222 }
1223
1224 static inline int check_free_page(struct page *page)
1225 {
1226         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1227                 return 0;
1228
1229         /* Something has gone sideways, find it */
1230         check_free_page_bad(page);
1231         return 1;
1232 }
1233
1234 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1235 {
1236         int ret = 1;
1237
1238         /*
1239          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1240          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1241          */
1242         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1243
1244         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1245                 ret = 0;
1246                 goto out;
1247         }
1248         switch (page - head_page) {
1249         case 1:
1250                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1251                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1252                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1253                         goto out;
1254                 }
1255                 break;
1256         case 2:
1257                 /*
1258                  * the second tail page: ->mapping is
1259                  * deferred_list.next -- ignore value.
1260                  */
1261                 break;
1262         default:
1263                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1264                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1265                         goto out;
1266                 }
1267                 break;
1268         }
1269         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1270                 bad_page(page, "PageTail not set");
1271                 goto out;
1272         }
1273         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1274                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1275                 goto out;
1276         }
1277         ret = 0;
1278 out:
1279         page->mapping = NULL;
1280         clear_compound_head(page);
1281         return ret;
1282 }
1283
1284 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1285 {
1286         int i;
1287
1288         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1289         kasan_disable_current();
1290         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1291                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1292                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1293                 clear_highpage(page + i);
1294                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1295         }
1296         kasan_enable_current();
1297 }
1298
1299 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1300                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1301 {
1302         int bad = 0;
1303         bool init;
1304
1305         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1306
1307         trace_mm_page_free(page, order);
1308
1309         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1310                 /*
1311                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1312                  * Untie memcg state and reset page's owner
1313                  */
1314                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1315                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1316                 reset_page_owner(page, order);
1317                 return false;
1318         }
1319
1320         /*
1321          * Check tail pages before head page information is cleared to
1322          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1323          */
1324         if (unlikely(order)) {
1325                 bool compound = PageCompound(page);
1326                 int i;
1327
1328                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1329
1330                 if (compound)
1331                         ClearPageDoubleMap(page);
1332                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1333                         if (compound)
1334                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1335                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1336                                 bad++;
1337                                 continue;
1338                         }
1339                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1340                 }
1341         }
1342         if (PageMappingFlags(page))
1343                 page->mapping = NULL;
1344         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1345                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1346         if (check_free)
1347                 bad += check_free_page(page);
1348         if (bad)
1349                 return false;
1350
1351         page_cpupid_reset_last(page);
1352         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1353         reset_page_owner(page, order);
1354
1355         if (!PageHighMem(page)) {
1356                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1357                                            PAGE_SIZE << order);
1358                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1359                                            PAGE_SIZE << order);
1360         }
1361
1362         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1363
1364         /*
1365          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1366          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1367          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1368          *
1369          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1370          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1371          */
1372         init = want_init_on_free();
1373         if (init && !kasan_has_integrated_init())
1374                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1375         kasan_free_nondeferred_pages(page, order, init, fpi_flags);
1376
1377         /*
1378          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1379          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1380          * happen after this.
1381          */
1382         arch_free_page(page, order);
1383
1384         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1385
1386         return true;
1387 }
1388
1389 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1390 /*
1391  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1392  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1393  * moved from pcp lists to free lists.
1394  */
1395 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1396 {
1397         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1398 }
1399
1400 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1401 {
1402         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1403                 return check_free_page(page);
1404         else
1405                 return false;
1406 }
1407 #else
1408 /*
1409  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1410  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1411  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1412  * to the pcp lists.
1413  */
1414 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1417                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1418         else
1419                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1420 }
1421
1422 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1423 {
1424         return check_free_page(page);
1425 }
1426 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1427
1428 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1429 {
1430         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1431         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1432         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1433
1434         prefetch(buddy);
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Frees a number of pages from the PCP lists
1439  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1440  * count is the number of pages to free.
1441  *
1442  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1443  * see if this freeing clears that state.
1444  *
1445  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1446  * pinned" detection logic.
1447  */
1448 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1449                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1450 {
1451         int pindex = 0;
1452         int batch_free = 0;
1453         int nr_freed = 0;
1454         unsigned int order;
1455         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1456         bool isolated_pageblocks;
1457         struct page *page, *tmp;
1458         LIST_HEAD(head);
1459
1460         /*
1461          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1462          * below while (list_empty(list)) loop.
1463          */
1464         count = min(pcp->count, count);
1465         while (count > 0) {
1466                 struct list_head *list;
1467
1468                 /*
1469                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1470                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1471                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1472                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1473                  * lists
1474                  */
1475                 do {
1476                         batch_free++;
1477                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1478                                 pindex = 0;
1479                         list = &pcp->lists[pindex];
1480                 } while (list_empty(list));
1481
1482                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1483                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1484                         batch_free = count;
1485
1486                 order = pindex_to_order(pindex);
1487                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1488                 do {
1489                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1490                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1491                         list_del(&page->lru);
1492                         nr_freed += 1 << order;
1493                         count -= 1 << order;
1494
1495                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1496                                 continue;
1497
1498                         /* Encode order with the migratetype */
1499                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1500                         page->index |= order;
1501
1502                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1503
1504                         /*
1505                          * We are going to put the page back to the global
1506                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1507                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1508                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1509                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1510                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1511                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1512                          */
1513                         if (prefetch_nr) {
1514                                 prefetch_buddy(page);
1515                                 prefetch_nr--;
1516                         }
1517                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1518         }
1519         pcp->count -= nr_freed;
1520
1521         /*
1522          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1523          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1524          */
1525         spin_lock(&zone->lock);
1526         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1527
1528         /*
1529          * Use safe version since after __free_one_page(),
1530          * page->lru.next will not point to original list.
1531          */
1532         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1533                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1534
1535                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1536                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1537                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1538
1539                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1540                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1541                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1542                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1543                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1544
1545                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1546                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1547         }
1548         spin_unlock(&zone->lock);
1549 }
1550
1551 static void free_one_page(struct zone *zone,
1552                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1553                                 unsigned int order,
1554                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1555 {
1556         unsigned long flags;
1557
1558         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1559         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1560                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1561                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1562         }
1563         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1564         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1565 }
1566
1567 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1568                                 unsigned long zone, int nid)
1569 {
1570         mm_zero_struct_page(page);
1571         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1572         init_page_count(page);
1573         page_mapcount_reset(page);
1574         page_cpupid_reset_last(page);
1575         page_kasan_tag_reset(page);
1576
1577         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1578 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1579         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1580         if (!is_highmem_idx(zone))
1581                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1582 #endif
1583 }
1584
1585 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1586 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1587 {
1588         pg_data_t *pgdat;
1589         int nid, zid;
1590
1591         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1592                 return;
1593
1594         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1595         pgdat = NODE_DATA(nid);
1596
1597         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1598                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1599
1600                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1601                         break;
1602         }
1603         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1604 }
1605 #else
1606 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1607 {
1608 }
1609 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1610
1611 /*
1612  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1613  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1614  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1615  * sent to the buddy page allocator.
1616  */
1617 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1618 {
1619         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1620         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1621
1622         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1623                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1624                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1625
1626                         init_reserved_page(start_pfn);
1627
1628                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1629                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1630
1631                         /*
1632                          * no need for atomic set_bit because the struct
1633                          * page is not visible yet so nobody should
1634                          * access it yet.
1635                          */
1636                         __SetPageReserved(page);
1637                 }
1638         }
1639 }
1640
1641 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1642                             fpi_t fpi_flags)
1643 {
1644         unsigned long flags;
1645         int migratetype;
1646         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1647         struct zone *zone = page_zone(page);
1648
1649         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1650                 return;
1651
1652         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1653
1654         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1655         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1656                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1657                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1658         }
1659         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1660         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1661
1662         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1663 }
1664
1665 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1666 {
1667         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1668         struct page *p = page;
1669         unsigned int loop;
1670
1671         /*
1672          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1673          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1674          * refcount of all involved pages to 0.
1675          */
1676         prefetchw(p);
1677         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1678                 prefetchw(p + 1);
1679                 __ClearPageReserved(p);
1680                 set_page_count(p, 0);
1681         }
1682         __ClearPageReserved(p);
1683         set_page_count(p, 0);
1684
1685         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1686
1687         /*
1688          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1689          * relevant for memory onlining.
1690          */
1691         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1692 }
1693
1694 #ifdef CONFIG_NUMA
1695
1696 /*
1697  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1698  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1699  * treats start/end as pfns.
1700  */
1701 struct mminit_pfnnid_cache {
1702         unsigned long last_start;
1703         unsigned long last_end;
1704         int last_nid;
1705 };
1706
1707 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1708
1709 /*
1710  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1711  */
1712 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1713                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1714 {
1715         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1716         int nid;
1717
1718         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1719                 return state->last_nid;
1720
1721         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1722         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1723                 state->last_start = start_pfn;
1724                 state->last_end = end_pfn;
1725                 state->last_nid = nid;
1726         }
1727
1728         return nid;
1729 }
1730
1731 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1732 {
1733         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1734         int nid;
1735
1736         spin_lock(&early_pfn_lock);
1737         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1738         if (nid < 0)
1739                 nid = first_online_node;
1740         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1741
1742         return nid;
1743 }
1744 #endif /* CONFIG_NUMA */
1745
1746 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1747                                                         unsigned int order)
1748 {
1749         if (early_page_uninitialised(pfn))
1750                 return;
1751         __free_pages_core(page, order);
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1756  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1757  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1758  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1759  * pageblocks.
1760  *
1761  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1762  *
1763  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1764  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1765  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1766  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1767  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1768  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1769  * page in a pageblock.
1770  */
1771 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1772                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1773 {
1774         struct page *start_page;
1775         struct page *end_page;
1776
1777         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1778         end_pfn--;
1779
1780         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1781                 return NULL;
1782
1783         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1784         if (!start_page)
1785                 return NULL;
1786
1787         if (page_zone(start_page) != zone)
1788                 return NULL;
1789
1790         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1791
1792         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1793         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1794                 return NULL;
1795
1796         return start_page;
1797 }
1798
1799 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1800 {
1801         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1802         unsigned long block_end_pfn;
1803
1804         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1805         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1806                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1807                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1808
1809                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1810
1811                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1812                                              block_end_pfn, zone))
1813                         return;
1814                 cond_resched();
1815         }
1816
1817         /* We confirm that there is no hole */
1818         zone->contiguous = true;
1819 }
1820
1821 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1822 {
1823         zone->contiguous = false;
1824 }
1825
1826 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1827 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1828                                        unsigned long nr_pages)
1829 {
1830         struct page *page;
1831         unsigned long i;
1832
1833         if (!nr_pages)
1834                 return;
1835
1836         page = pfn_to_page(pfn);
1837
1838         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1839         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1840             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1841                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1842                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1843                 return;
1844         }
1845
1846         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1847                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1848                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1849                 __free_pages_core(page, 0);
1850         }
1851 }
1852
1853 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1854 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1855 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1856
1857 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1858 {
1859         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1860                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1865  *
1866  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1867  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1868  * function is optimized out.
1869  *
1870  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1871  * of the head pfn.
1872  */
1873 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1874 {
1875         if (!pfn_valid_within(pfn))
1876                 return false;
1877         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1878                 return false;
1879         return true;
1880 }
1881
1882 /*
1883  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1884  * pageblock_nr_pages sizes.
1885  */
1886 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1887                                        unsigned long end_pfn)
1888 {
1889         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1890         unsigned long nr_free = 0;
1891
1892         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1893                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1894                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1895                         nr_free = 0;
1896                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1897                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1898                         nr_free = 1;
1899                 } else {
1900                         nr_free++;
1901                 }
1902         }
1903         /* Free the last block of pages to allocator */
1904         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1905 }
1906
1907 /*
1908  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1909  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1910  * Return number of pages initialized.
1911  */
1912 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1913                                                  unsigned long pfn,
1914                                                  unsigned long end_pfn)
1915 {
1916         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1917         int nid = zone_to_nid(zone);
1918         unsigned long nr_pages = 0;
1919         int zid = zone_idx(zone);
1920         struct page *page = NULL;
1921
1922         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1923                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1924                         page = NULL;
1925                         continue;
1926                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1927                         page = pfn_to_page(pfn);
1928                 } else {
1929                         page++;
1930                 }
1931                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1932                 nr_pages++;
1933         }
1934         return (nr_pages);
1935 }
1936
1937 /*
1938  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1939  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1940  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1941  * return false indicating there are no valid ranges left.
1942  */
1943 static bool __init
1944 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1945                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1946                                     unsigned long first_init_pfn)
1947 {
1948         u64 j;
1949
1950         /*
1951          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1952          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1953          * so we just need to flush them out of the system.
1954          */
1955         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1956                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1957                         continue;
1958                 if (*spfn < first_init_pfn)
1959                         *spfn = first_init_pfn;
1960                 *i = j;
1961                 return true;
1962         }
1963
1964         return false;
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1969  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1970  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1971  * page in __free_one_page()).
1972  *
1973  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1974  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1975  * any issues with the buddy page computation.
1976  */
1977 static unsigned long __init
1978 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1979                        unsigned long *end_pfn)
1980 {
1981         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1982         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1983         unsigned long nr_pages = 0;
1984         u64 j = *i;
1985
1986         /* First we loop through and initialize the page values */
1987         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1988                 unsigned long t;
1989
1990                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1991                         break;
1992
1993                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1994                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1995
1996                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1997                         *start_pfn = mo_pfn;
1998                         break;
1999                 }
2000         }
2001
2002         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2003         swap(j, *i);
2004
2005         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2006                 unsigned long t;
2007
2008                 if (mo_pfn <= spfn)
2009                         break;
2010
2011                 t = min(mo_pfn, epfn);
2012                 deferred_free_pages(spfn, t);
2013
2014                 if (mo_pfn <= epfn)
2015                         break;
2016         }
2017
2018         return nr_pages;
2019 }
2020
2021 static void __init
2022 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2023                            void *arg)
2024 {
2025         unsigned long spfn, epfn;
2026         struct zone *zone = arg;
2027         u64 i;
2028
2029         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2030
2031         /*
2032          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2033          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2034          */
2035         while (spfn < end_pfn) {
2036                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2037                 cond_resched();
2038         }
2039 }
2040
2041 /* An arch may override for more concurrency. */
2042 __weak int __init
2043 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2044 {
2045         return 1;
2046 }
2047
2048 /* Initialise remaining memory on a node */
2049 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2050 {
2051         pg_data_t *pgdat = data;
2052         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2053         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2054         unsigned long first_init_pfn, flags;
2055         unsigned long start = jiffies;
2056         struct zone *zone;
2057         int zid, max_threads;
2058         u64 i;
2059
2060         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2061         if (!cpumask_empty(cpumask))
2062                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2063
2064         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2065         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2066         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2067                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2068                 pgdat_init_report_one_done();
2069                 return 0;
2070         }
2071
2072         /* Sanity check boundaries */
2073         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2074         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2075         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2076
2077         /*
2078          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2079          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2080          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2081          */
2082         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2083
2084         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2085         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2086                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2087                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2088                         break;
2089         }
2090
2091         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2092         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2093                                                  first_init_pfn))
2094                 goto zone_empty;
2095
2096         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2097
2098         while (spfn < epfn) {
2099                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2100                 struct padata_mt_job job = {
2101                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2102                         .fn_arg      = zone,
2103                         .start       = spfn,
2104                         .size        = epfn_align - spfn,
2105                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2106                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2107                         .max_threads = max_threads,
2108                 };
2109
2110                 padata_do_multithreaded(&job);
2111                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2112                                                     epfn_align);
2113         }
2114 zone_empty:
2115         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2116         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2117
2118         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2119                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2120
2121         pgdat_init_report_one_done();
2122         return 0;
2123 }
2124
2125 /*
2126  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2127  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2128  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2129  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2130  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2131  *
2132  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2133  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2134  * enough pages to satisfy the allocation.
2135  *
2136  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2137  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2138  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2139  */
2140 static noinline bool __init
2141 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2142 {
2143         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2144         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2145         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2146         unsigned long spfn, epfn, flags;
2147         unsigned long nr_pages = 0;
2148         u64 i;
2149
2150         /* Only the last zone may have deferred pages */
2151         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2152                 return false;
2153
2154         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2155
2156         /*
2157          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2158          * true, as there might be enough pages already.
2159          */
2160         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2161                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2162                 return true;
2163         }
2164
2165         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2166         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2167                                                  first_deferred_pfn)) {
2168                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2169                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2170                 /* Retry only once. */
2171                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2172         }
2173
2174         /*
2175          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2176          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2177          * allocator.
2178          */
2179         while (spfn < epfn) {
2180                 /* update our first deferred PFN for this section */
2181                 first_deferred_pfn = spfn;
2182
2183                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2184                 touch_nmi_watchdog();
2185
2186                 /* We should only stop along section boundaries */
2187                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2188                         continue;
2189
2190                 /* If our quota has been met we can stop here */
2191                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2192                         break;
2193         }
2194
2195         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2196         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2197
2198         return nr_pages > 0;
2199 }
2200
2201 /*
2202  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2203  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2204  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2205  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2206  */
2207 static bool __ref
2208 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2209 {
2210         return deferred_grow_zone(zone, order);
2211 }
2212
2213 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2214
2215 void __init page_alloc_init_late(void)
2216 {
2217         struct zone *zone;
2218         int nid;
2219
2220 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2221
2222         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2223         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2224         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2225                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2226         }
2227
2228         /* Block until all are initialised */
2229         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2230
2231         /*
2232          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2233          * on-demand struct page initialization.
2234          */
2235         static_branch_disable(&deferred_pages);
2236
2237         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2238         files_maxfiles_init();
2239 #endif
2240
2241         buffer_init();
2242
2243         /* Discard memblock private memory */
2244         memblock_discard();
2245
2246         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2247                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2248
2249         for_each_populated_zone(zone)
2250                 set_zone_contiguous(zone);
2251 }
2252
2253 #ifdef CONFIG_CMA
2254 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2255 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2256 {
2257         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2258         struct page *p = page;
2259
2260         do {
2261                 __ClearPageReserved(p);
2262                 set_page_count(p, 0);
2263         } while (++p, --i);
2264
2265         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2266
2267         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2268                 i = pageblock_nr_pages;
2269                 p = page;
2270                 do {
2271                         set_page_refcounted(p);
2272                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2273                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2274                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2275         } else {
2276                 set_page_refcounted(page);
2277                 __free_pages(page, pageblock_order);
2278         }
2279
2280         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2281         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2282 }
2283 #endif
2284
2285 /*
2286  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2287  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2288  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2289  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2290  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2291  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2292  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2293  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2294  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2295  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2296  *
2297  * -- nyc
2298  */
2299 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2300         int low, int high, int migratetype)
2301 {
2302         unsigned long size = 1 << high;
2303
2304         while (high > low) {
2305                 high--;
2306                 size >>= 1;
2307                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2308
2309                 /*
2310                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2311                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2312                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2313                  * pages will stay not present in virtual address space
2314                  */
2315                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2316                         continue;
2317
2318                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2319                 set_buddy_order(&page[size], high);
2320         }
2321 }
2322
2323 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2324 {
2325         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2326                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2327                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2328                 return;
2329         }
2330
2331         bad_page(page,
2332                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2333 }
2334
2335 /*
2336  * This page is about to be returned from the page allocator
2337  */
2338 static inline int check_new_page(struct page *page)
2339 {
2340         if (likely(page_expected_state(page,
2341                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2342                 return 0;
2343
2344         check_new_page_bad(page);
2345         return 1;
2346 }
2347
2348 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2349 /*
2350  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2351  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2352  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2353  */
2354 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2355 {
2356         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2357                 return check_new_page(page);
2358         else
2359                 return false;
2360 }
2361
2362 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2363 {
2364         return check_new_page(page);
2365 }
2366 #else
2367 /*
2368  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2369  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2370  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2371  */
2372 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2373 {
2374         return check_new_page(page);
2375 }
2376 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2377 {
2378         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2379                 return check_new_page(page);
2380         else
2381                 return false;
2382 }
2383 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2384
2385 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2386 {
2387         int i;
2388         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2389                 struct page *p = page + i;
2390
2391                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2392                         return true;
2393         }
2394
2395         return false;
2396 }
2397
2398 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2399                                 gfp_t gfp_flags)
2400 {
2401         bool init;
2402
2403         set_page_private(page, 0);
2404         set_page_refcounted(page);
2405
2406         arch_alloc_page(page, order);
2407         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2408
2409         /*
2410          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2411          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2412          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2413          */
2414         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2415
2416         /*
2417          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2418          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2419          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2420          */
2421         init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2422         kasan_alloc_pages(page, order, init);
2423         if (init && !kasan_has_integrated_init())
2424                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2425
2426         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2427 }
2428
2429 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2430                                                         unsigned int alloc_flags)
2431 {
2432         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2433
2434         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2435                 prep_compound_page(page, order);
2436
2437         /*
2438          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2439          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2440          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2441          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2442          */
2443         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2444                 set_page_pfmemalloc(page);
2445         else
2446                 clear_page_pfmemalloc(page);
2447 }
2448
2449 /*
2450  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2451  * the smallest available page from the freelists
2452  */
2453 static __always_inline
2454 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2455                                                 int migratetype)
2456 {
2457         unsigned int current_order;
2458         struct free_area *area;
2459         struct page *page;
2460
2461         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2462         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2463                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2464                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2465                 if (!page)
2466                         continue;
2467                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2468                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2469                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2470                 return page;
2471         }
2472
2473         return NULL;
2474 }
2475
2476
2477 /*
2478  * This array describes the order lists are fallen back to when
2479  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2480  */
2481 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2482         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2483         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2484         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2485 #ifdef CONFIG_CMA
2486         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2487 #endif
2488 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2489         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2490 #endif
2491 };
2492
2493 #ifdef CONFIG_CMA
2494 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2495                                         unsigned int order)
2496 {
2497         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2498 }
2499 #else
2500 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2501                                         unsigned int order) { return NULL; }
2502 #endif
2503
2504 /*
2505  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2506  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2507  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2508  */
2509 static int move_freepages(struct zone *zone,
2510                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2511                           int migratetype, int *num_movable)
2512 {
2513         struct page *page;
2514         unsigned long pfn;
2515         unsigned int order;
2516         int pages_moved = 0;
2517
2518         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2519                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2520                         pfn++;
2521                         continue;
2522                 }
2523
2524                 page = pfn_to_page(pfn);
2525                 if (!PageBuddy(page)) {
2526                         /*
2527                          * We assume that pages that could be isolated for
2528                          * migration are movable. But we don't actually try
2529                          * isolating, as that would be expensive.
2530                          */
2531                         if (num_movable &&
2532                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2533                                 (*num_movable)++;
2534                         pfn++;
2535                         continue;
2536                 }
2537
2538                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2539                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2540                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2541
2542                 order = buddy_order(page);
2543                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2544                 pfn += 1 << order;
2545                 pages_moved += 1 << order;
2546         }
2547
2548         return pages_moved;
2549 }
2550
2551 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2552                                 int migratetype, int *num_movable)
2553 {
2554         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2555
2556         if (num_movable)
2557                 *num_movable = 0;
2558
2559         pfn = page_to_pfn(page);
2560         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2561         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2562
2563         /* Do not cross zone boundaries */
2564         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2565                 start_pfn = pfn;
2566         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2567                 return 0;
2568
2569         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2570                                                                 num_movable);
2571 }
2572
2573 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2574                                         int start_order, int migratetype)
2575 {
2576         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2577
2578         while (nr_pageblocks--) {
2579                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2580                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2581         }
2582 }
2583
2584 /*
2585  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2586  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2587  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2588  *
2589  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2590  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2591  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2592  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2593  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2594  * pageblocks.
2595  */
2596 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2597 {
2598         /*
2599          * Leaving this order check is intended, although there is
2600          * relaxed order check in next check. The reason is that
2601          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2602          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2603          * so could be changed anytime.
2604          */
2605         if (order >= pageblock_order)
2606                 return true;
2607
2608         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2609                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2610                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2611                 page_group_by_mobility_disabled)
2612                 return true;
2613
2614         return false;
2615 }
2616
2617 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2618 {
2619         unsigned long max_boost;
2620
2621         if (!watermark_boost_factor)
2622                 return false;
2623         /*
2624          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2625          * On small machines, including kdump capture kernels running
2626          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2627          * memory situation immediately.
2628          */
2629         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2630                 return false;
2631
2632         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2633                         watermark_boost_factor, 10000);
2634
2635         /*
2636          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2637          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2638          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2639          * allocations that early means that reclaim is not going
2640          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2641          * boosted watermark resulting in a hang.
2642          */
2643         if (!max_boost)
2644                 return false;
2645
2646         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2647
2648         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2649                 max_boost);
2650
2651         return true;
2652 }
2653
2654 /*
2655  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2656  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2657  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2658  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2659  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2660  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2661  */
2662 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2663                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2664 {
2665         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2666         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2667         int old_block_type;
2668
2669         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2670
2671         /*
2672          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2673          * highatomic accounting.
2674          */
2675         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2676                 goto single_page;
2677
2678         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2679         if (current_order >= pageblock_order) {
2680                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2681                 goto single_page;
2682         }
2683
2684         /*
2685          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2686          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2687          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2688          */
2689         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2690                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2691
2692         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2693         if (!whole_block)
2694                 goto single_page;
2695
2696         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2697                                                 &movable_pages);
2698         /*
2699          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2700          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2701          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2702          */
2703         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2704                 alike_pages = movable_pages;
2705         } else {
2706                 /*
2707                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2708                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2709                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2710                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2711                  * exact migratetype of non-movable pages.
2712                  */
2713                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2714                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2715                                                 - (free_pages + movable_pages);
2716                 else
2717                         alike_pages = 0;
2718         }
2719
2720         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2721         if (!free_pages)
2722                 goto single_page;
2723
2724         /*
2725          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2726          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2727          */
2728         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2729                         page_group_by_mobility_disabled)
2730                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2731
2732         return;
2733
2734 single_page:
2735         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2740  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2741  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2742  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2743  */
2744 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2745                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2746 {
2747         int i;
2748         int fallback_mt;
2749
2750         if (area->nr_free == 0)
2751                 return -1;
2752
2753         *can_steal = false;
2754         for (i = 0;; i++) {
2755                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2756                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2757                         break;
2758
2759                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2760                         continue;
2761
2762                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2763                         *can_steal = true;
2764
2765                 if (!only_stealable)
2766                         return fallback_mt;
2767
2768                 if (*can_steal)
2769                         return fallback_mt;
2770         }
2771
2772         return -1;
2773 }
2774
2775 /*
2776  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2777  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2778  */
2779 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2780                                 unsigned int alloc_order)
2781 {
2782         int mt;
2783         unsigned long max_managed, flags;
2784
2785         /*
2786          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2787          * Check is race-prone but harmless.
2788          */
2789         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2790         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2791                 return;
2792
2793         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2794
2795         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2796         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2797                 goto out_unlock;
2798
2799         /* Yoink! */
2800         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2801         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2802             && !is_migrate_cma(mt)) {
2803                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2804                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2805                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2806         }
2807
2808 out_unlock:
2809         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2810 }
2811
2812 /*
2813  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2814  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2815  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2816  * to recover from than an OOM.
2817  *
2818  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2819  * pageblock is exhausted.
2820  */
2821 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2822                                                 bool force)
2823 {
2824         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2825         unsigned long flags;
2826         struct zoneref *z;
2827         struct zone *zone;
2828         struct page *page;
2829         int order;
2830         bool ret;
2831
2832         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2833                                                                 ac->nodemask) {
2834                 /*
2835                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2836                  * is really high.
2837                  */
2838                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2839                                         pageblock_nr_pages)
2840                         continue;
2841
2842                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2843                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2844                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2845
2846                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2847                         if (!page)
2848                                 continue;
2849
2850                         /*
2851                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2852                          * we can counter several free pages in a pageblock
2853                          * in this loop although we changed the pageblock type
2854                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2855                          * adjust the count once.
2856                          */
2857                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2858                                 /*
2859                                  * It should never happen but changes to
2860                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2861                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2862                                  * while unreserving so be safe and watch for
2863                                  * underflows.
2864                                  */
2865                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2866                                                 pageblock_nr_pages,
2867                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2868                         }
2869
2870                         /*
2871                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2872                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2873                          * is doing the work and needs the pages. More
2874                          * importantly, if the block was always converted to
2875                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2876                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2877                          * may increase.
2878                          */
2879                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2880                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2881                                                                         NULL);
2882                         if (ret) {
2883                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2884                                 return ret;
2885                         }
2886                 }
2887                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2888         }
2889
2890         return false;
2891 }
2892
2893 /*
2894  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2895  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2896  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2897  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2898  *
2899  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2900  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2901  * condition simpler.
2902  */
2903 static __always_inline bool
2904 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2905                                                 unsigned int alloc_flags)
2906 {
2907         struct free_area *area;
2908         int current_order;
2909         int min_order = order;
2910         struct page *page;
2911         int fallback_mt;
2912         bool can_steal;
2913
2914         /*
2915          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2916          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2917          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2918          */
2919         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2920                 min_order = pageblock_order;
2921
2922         /*
2923          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2924          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2925          * would be too costly to do exactly.
2926          */
2927         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2928                                 --current_order) {
2929                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2930                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2931                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2932                 if (fallback_mt == -1)
2933                         continue;
2934
2935                 /*
2936                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2937                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2938                  * steal and split the smallest available page instead of the
2939                  * largest available page, because even if the next movable
2940                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2941                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2942                  */
2943                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2944                                         && current_order > order)
2945                         goto find_smallest;
2946
2947                 goto do_steal;
2948         }
2949
2950         return false;
2951
2952 find_smallest:
2953         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2954                                                         current_order++) {
2955                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2956                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2957                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2958                 if (fallback_mt != -1)
2959                         break;
2960         }
2961
2962         /*
2963          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2964          * when looking for the largest page.
2965          */
2966         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2967
2968 do_steal:
2969         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2970
2971         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2972                                                                 can_steal);
2973
2974         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2975                 start_migratetype, fallback_mt);
2976
2977         return true;
2978
2979 }
2980
2981 /*
2982  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2983  * Call me with the zone->lock already held.
2984  */
2985 static __always_inline struct page *
2986 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2987                                                 unsigned int alloc_flags)
2988 {
2989         struct page *page;
2990
2991         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2992                 /*
2993                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2994                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2995                  * is in the CMA area.
2996                  */
2997                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2998                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2999                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3000                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3001                         if (page)
3002                                 goto out;
3003                 }
3004         }
3005 retry:
3006         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3007         if (unlikely(!page)) {
3008                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3009                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3010
3011                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3012                                                                 alloc_flags))
3013                         goto retry;
3014         }
3015 out:
3016         if (page)
3017                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3018         return page;
3019 }
3020
3021 /*
3022  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3023  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3024  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3025  */
3026 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3027                         unsigned long count, struct list_head *list,
3028                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3029 {
3030         int i, allocated = 0;
3031
3032         /*
3033          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3034          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3035          */
3036         spin_lock(&zone->lock);
3037         for (i = 0; i < count; ++i) {
3038                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3039                                                                 alloc_flags);
3040                 if (unlikely(page == NULL))
3041                         break;
3042
3043                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3044                         continue;
3045
3046                 /*
3047                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3048                  * physical page order. The page is added to the tail of
3049                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3050                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3051                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3052                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3053                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3054                  * pages are ordered properly.
3055                  */
3056                 list_add_tail(&page->lru, list);
3057                 allocated++;
3058                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3059                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3060                                               -(1 << order));
3061         }
3062
3063         /*
3064          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3065          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3066          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3067          * pages added to the pcp list.
3068          */
3069         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3070         spin_unlock(&zone->lock);
3071         return allocated;
3072 }
3073
3074 #ifdef CONFIG_NUMA
3075 /*
3076  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3077  * currently executing processor on remote nodes after they have
3078  * expired.
3079  *
3080  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3081  * a single processor.
3082  */
3083 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3084 {
3085         unsigned long flags;
3086         int to_drain, batch;
3087
3088         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3089         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3090         to_drain = min(pcp->count, batch);
3091         if (to_drain > 0)
3092                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3093         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3094 }
3095 #endif
3096
3097 /*
3098  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3099  *
3100  * The processor must either be the current processor and the
3101  * thread pinned to the current processor or a processor that
3102  * is not online.
3103  */
3104 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3105 {
3106         unsigned long flags;
3107         struct per_cpu_pages *pcp;
3108
3109         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3110
3111         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3112         if (pcp->count)
3113                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3114
3115         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3116 }
3117
3118 /*
3119  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3120  *
3121  * The processor must either be the current processor and the
3122  * thread pinned to the current processor or a processor that
3123  * is not online.
3124  */
3125 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3126 {
3127         struct zone *zone;
3128
3129         for_each_populated_zone(zone) {
3130                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3131         }
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3136  *
3137  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3138  * the single zone's pages.
3139  */
3140 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3141 {
3142         int cpu = smp_processor_id();
3143
3144         if (zone)
3145                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3146         else
3147                 drain_pages(cpu);
3148 }
3149
3150 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3151 {
3152         struct pcpu_drain *drain;
3153
3154         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3155
3156         /*
3157          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3158          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3159          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3160          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3161          * a different one.
3162          */
3163         preempt_disable();
3164         drain_local_pages(drain->zone);
3165         preempt_enable();
3166 }
3167
3168 /*
3169  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3170  * drain on all cpus.
3171  *
3172  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3173  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3174  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3175  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3176  * optimizing racy check.
3177  */
3178 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3179 {
3180         int cpu;
3181
3182         /*
3183          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3184          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3185          */
3186         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3187
3188         /*
3189          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3190          * initialized.
3191          */
3192         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3193                 return;
3194
3195         /*
3196          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3197          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3198          * the drain to be complete when the call returns.
3199          */
3200         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3201                 if (!zone)
3202                         return;
3203                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3204         }
3205
3206         /*
3207          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3208          * as offline notification will cause the notified
3209          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3210          * disables preemption as part of its processing
3211          */
3212         for_each_online_cpu(cpu) {
3213                 struct per_cpu_pages *pcp;
3214                 struct zone *z;
3215                 bool has_pcps = false;
3216
3217                 if (force_all_cpus) {
3218                         /*
3219                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3220                          * guarantee that no cpu is missed.
3221                          */
3222                         has_pcps = true;
3223                 } else if (zone) {
3224                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3225                         if (pcp->count)
3226                                 has_pcps = true;
3227                 } else {
3228                         for_each_populated_zone(z) {
3229                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3230                                 if (pcp->count) {
3231                                         has_pcps = true;
3232                                         break;
3233                                 }
3234                         }
3235                 }
3236
3237                 if (has_pcps)
3238                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3239                 else
3240                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3241         }
3242
3243         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3244                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3245
3246                 drain->zone = zone;
3247                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3248                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3249         }
3250         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3251                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3252
3253         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3254 }
3255
3256 /*
3257  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3258  *
3259  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3260  *
3261  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3262  */
3263 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3264 {
3265         __drain_all_pages(zone, false);
3266 }
3267
3268 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3269
3270 /*
3271  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3272  */
3273 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3274
3275 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3276 {
3277         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3278         unsigned long flags;
3279         unsigned int order, t;
3280         struct page *page;
3281
3282         if (zone_is_empty(zone))
3283                 return;
3284
3285         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3286
3287         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3288         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3289                 if (pfn_valid(pfn)) {
3290                         page = pfn_to_page(pfn);
3291
3292                         if (!--page_count) {
3293                                 touch_nmi_watchdog();
3294                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3295                         }
3296
3297                         if (page_zone(page) != zone)
3298                                 continue;
3299
3300                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3301                                 swsusp_unset_page_free(page);
3302                 }
3303
3304         for_each_migratetype_order(order, t) {
3305                 list_for_each_entry(page,
3306                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3307                         unsigned long i;
3308
3309                         pfn = page_to_pfn(page);
3310                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3311                                 if (!--page_count) {
3312                                         touch_nmi_watchdog();
3313                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3314                                 }
3315                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3316                         }
3317                 }
3318         }
3319         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3320 }
3321 #endif /* CONFIG_PM */
3322
3323 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3324                                                         unsigned int order)
3325 {
3326         int migratetype;
3327
3328         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3329                 return false;
3330
3331         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3332         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3333         return true;
3334 }
3335
3336 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3337 {
3338         int min_nr_free, max_nr_free;
3339
3340         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3341         if (unlikely(high < batch))
3342                 return 1;
3343
3344         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3345         min_nr_free = batch;
3346         max_nr_free = high - batch;
3347
3348         /*
3349          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3350          * freeing of pages without any allocation.
3351          */
3352         batch <<= pcp->free_factor;
3353         if (batch < max_nr_free)
3354                 pcp->free_factor++;
3355         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3356
3357         return batch;
3358 }
3359
3360 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3361 {
3362         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3363
3364         if (unlikely(!high))
3365                 return 0;
3366
3367         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3368                 return high;
3369
3370         /*
3371          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3372          * stored on pcp lists
3373          */
3374         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3375 }
3376
3377 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3378                                    int migratetype, unsigned int order)
3379 {
3380         struct zone *zone = page_zone(page);
3381         struct per_cpu_pages *pcp;
3382         int high;
3383         int pindex;
3384
3385         __count_vm_event(PGFREE);
3386         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3387         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3388         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3389         pcp->count += 1 << order;
3390         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3391         if (pcp->count >= high) {
3392                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3393
3394                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3395         }
3396 }
3397
3398 /*
3399  * Free a pcp page
3400  */
3401 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3402 {
3403         unsigned long flags;
3404         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3405         int migratetype;
3406
3407         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3408                 return;
3409
3410         /*
3411          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3412          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3413          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3414          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3415          * excessively into the page allocator
3416          */
3417         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3418         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3419                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3420                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3421                         return;
3422                 }
3423                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3424         }
3425
3426         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3427         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3428         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3429 }
3430
3431 /*
3432  * Free a list of 0-order pages
3433  */
3434 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3435 {
3436         struct page *page, *next;
3437         unsigned long flags, pfn;
3438         int batch_count = 0;
3439         int migratetype;
3440
3441         /* Prepare pages for freeing */
3442         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3443                 pfn = page_to_pfn(page);
3444                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0))
3445                         list_del(&page->lru);
3446
3447                 /*
3448                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3449                  * comment in free_unref_page.
3450                  */
3451                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3452                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3453                         if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3454                                 list_del(&page->lru);
3455                                 free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0,
3456                                                         migratetype, FPI_NONE);
3457                                 continue;
3458                         }
3459
3460                         /*
3461                          * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3462                          * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3463                          */
3464                         set_pcppage_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3465                 }
3466
3467                 set_page_private(page, pfn);
3468         }
3469
3470         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3471         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3472                 pfn = page_private(page);
3473                 set_page_private(page, 0);
3474                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3475                 trace_mm_page_free_batched(page);
3476                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3477
3478                 /*
3479                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3480                  * a large list of pages to free.
3481                  */
3482                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3483                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3484                         batch_count = 0;
3485                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3486                 }
3487         }
3488         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3489 }
3490
3491 /*
3492  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3493  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3494  * Each sub-page must be freed individually.
3495  *
3496  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3497  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3498  */
3499 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3500 {
3501         int i;
3502
3503         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3504         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3505
3506         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3507                 set_page_refcounted(page + i);
3508         split_page_owner(page, 1 << order);
3509         split_page_memcg(page, 1 << order);
3510 }
3511 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3512
3513 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3514 {
3515         unsigned long watermark;
3516         struct zone *zone;
3517         int mt;
3518
3519         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3520
3521         zone = page_zone(page);
3522         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3523
3524         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3525                 /*
3526                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3527                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3528                  * watermark, because we already know our high-order page
3529                  * exists.
3530                  */
3531                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3532                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3533                         return 0;
3534
3535                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3536         }
3537
3538         /* Remove page from free list */
3539
3540         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3541
3542         /*
3543          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3544          * pageblock
3545          */
3546         if (order >= pageblock_order - 1) {
3547                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3548                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3549                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3550                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3551                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3552                                 set_pageblock_migratetype(page,
3553                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3554                 }
3555         }
3556
3557
3558         return 1UL << order;
3559 }
3560
3561 /**
3562  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3563  * @page: Page that was isolated
3564  * @order: Order of the isolated page
3565  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3566  *
3567  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3568  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3569  */
3570 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3571 {
3572         struct zone *zone = page_zone(page);
3573
3574         /* zone lock should be held when this function is called */
3575         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3576
3577         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3578         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3579                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3580 }
3581
3582 /*
3583  * Update NUMA hit/miss statistics
3584  *
3585  * Must be called with interrupts disabled.
3586  */
3587 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3588                                    long nr_account)
3589 {
3590 #ifdef CONFIG_NUMA
3591         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3592
3593         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3594         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3595                 return;
3596
3597         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3598                 local_stat = NUMA_OTHER;
3599
3600         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3601                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3602         else {
3603                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3604                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3605         }
3606         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3607 #endif
3608 }
3609
3610 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3611 static inline
3612 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3613                         int migratetype,
3614                         unsigned int alloc_flags,
3615                         struct per_cpu_pages *pcp,
3616                         struct list_head *list)
3617 {
3618         struct page *page;
3619
3620         do {
3621                 if (list_empty(list)) {
3622                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3623                         int alloced;
3624
3625                         /*
3626                          * Scale batch relative to order if batch implies
3627                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3628                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3629                          * should never store free pages as the pages may
3630                          * belong to arbitrary zones.
3631                          */
3632                         if (batch > 1)
3633                                 batch = max(batch >> order, 2);
3634                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3635                                         batch, list,
3636                                         migratetype, alloc_flags);
3637
3638                         pcp->count += alloced << order;
3639                         if (unlikely(list_empty(list)))
3640                                 return NULL;
3641                 }
3642
3643                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3644                 list_del(&page->lru);
3645                 pcp->count -= 1 << order;
3646         } while (check_new_pcp(page));
3647
3648         return page;
3649 }
3650
3651 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3652 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3653                         struct zone *zone, unsigned int order,
3654                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3655                         unsigned int alloc_flags)
3656 {
3657         struct per_cpu_pages *pcp;
3658         struct list_head *list;
3659         struct page *page;
3660         unsigned long flags;
3661
3662         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3663
3664         /*
3665          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3666          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3667          * frees.
3668          */
3669         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3670         pcp->free_factor >>= 1;
3671         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3672         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3673         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3674         if (page) {
3675                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3676                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3677         }
3678         return page;
3679 }
3680
3681 /*
3682  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3683  */
3684 static inline
3685 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3686                         struct zone *zone, unsigned int order,
3687                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3688                         int migratetype)
3689 {
3690         unsigned long flags;
3691         struct page *page;
3692
3693         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3694                 /*
3695                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3696                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3697                  */
3698                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3699                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3700                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3701                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3702                         goto out;
3703                 }
3704         }
3705
3706         /*
3707          * We most definitely don't want callers attempting to
3708          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3709          */
3710         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3711         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3712
3713         do {
3714                 page = NULL;
3715                 /*
3716                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3717                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3718                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3719                  * request should skip it.
3720                  */
3721                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3722                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3723                         if (page)
3724                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3725                 }
3726                 if (!page)
3727                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3728         } while (page && check_new_pages(page, order));
3729         if (!page)
3730                 goto failed;
3731
3732         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3733                                   get_pcppage_migratetype(page));
3734         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3735
3736         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3737         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3738
3739 out:
3740         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3741         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3742                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3743                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3744         }
3745
3746         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3747         return page;
3748
3749 failed:
3750         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3751         return NULL;
3752 }
3753
3754 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3755
3756 static struct {
3757         struct fault_attr attr;
3758
3759         bool ignore_gfp_highmem;
3760         bool ignore_gfp_reclaim;
3761         u32 min_order;
3762 } fail_page_alloc = {
3763         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3764         .ignore_gfp_reclaim = true,
3765         .ignore_gfp_highmem = true,
3766         .min_order = 1,
3767 };
3768
3769 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3770 {
3771         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3772 }
3773 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3774
3775 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3776 {
3777         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3778                 return false;
3779         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3780                 return false;
3781         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3782                 return false;
3783         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3784                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3785                 return false;
3786
3787         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3788 }
3789
3790 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3791
3792 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3793 {
3794         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3795         struct dentry *dir;
3796
3797         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3798                                         &fail_page_alloc.attr);
3799
3800         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3801                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3802         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3803                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3804         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3805
3806         return 0;
3807 }
3808
3809 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3810
3811 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3812
3813 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3814
3815 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3816 {
3817         return false;
3818 }
3819
3820 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3821
3822 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3823 {
3824         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3825 }
3826 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3827
3828 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3829                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3830 {
3831         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3832         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3833
3834         /*
3835          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3836          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3837          * atomic reserve but it avoids a search.
3838          */
3839         if (likely(!alloc_harder))
3840                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3841
3842 #ifdef CONFIG_CMA
3843         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3844         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3845                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3846 #endif
3847
3848         return unusable_free;
3849 }
3850
3851 /*
3852  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3853  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3854  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3855  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3856  */
3857 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3858                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3859                          long free_pages)
3860 {
3861         long min = mark;
3862         int o;
3863         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3864
3865         /* free_pages may go negative - that's OK */
3866         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3867
3868         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3869                 min -= min / 2;
3870
3871         if (unlikely(alloc_harder)) {
3872                 /*
3873                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3874                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3875                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3876                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3877                  */
3878                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3879                         min -= min / 2;
3880                 else
3881                         min -= min / 4;
3882         }
3883
3884         /*
3885          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3886          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3887          * even if a suitable page happened to be free.
3888          */
3889         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3890                 return false;
3891
3892         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3893         if (!order)
3894                 return true;
3895
3896         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3897         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3898                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3899                 int mt;
3900
3901                 if (!area->nr_free)
3902                         continue;
3903
3904                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3905                         if (!free_area_empty(area, mt))
3906                                 return true;
3907                 }
3908
3909 #ifdef CONFIG_CMA
3910                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3911                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3912                         return true;
3913                 }
3914 #endif
3915                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3916                         return true;
3917         }
3918         return false;
3919 }
3920
3921 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3922                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3923 {
3924         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3925                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3926 }
3927
3928 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3929                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3930                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3931 {
3932         long free_pages;
3933
3934         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3935
3936         /*
3937          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3938          * need to be calculated.
3939          */
3940         if (!order) {
3941                 long fast_free;
3942
3943                 fast_free = free_pages;
3944                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3945                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3946                         return true;
3947         }
3948
3949         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3950                                         free_pages))
3951                 return true;
3952         /*
3953          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3954          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3955          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3956          * when below the low watermark.
3957          */
3958         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3959                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3960                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3961                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3962                                         alloc_flags, free_pages);
3963         }
3964
3965         return false;
3966 }
3967
3968 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3969                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3970 {
3971         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3972
3973         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3974                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3975
3976         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3977                                                                 free_pages);
3978 }
3979
3980 #ifdef CONFIG_NUMA
3981 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3982 {
3983         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3984                                 node_reclaim_distance;
3985 }
3986 #else   /* CONFIG_NUMA */
3987 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3988 {
3989         return true;
3990 }
3991 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3992
3993 /*
3994  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3995  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3996  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3997  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3998  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3999  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4000  */
4001 static inline unsigned int
4002 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4003 {
4004         unsigned int alloc_flags;
4005
4006         /*
4007          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4008          * to save a branch.
4009          */
4010         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4011
4012 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4013         if (!zone)
4014                 return alloc_flags;
4015
4016         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4017                 return alloc_flags;
4018
4019         /*
4020          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4021          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4022          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4023          */
4024         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4025         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4026                 return alloc_flags;
4027
4028         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4029 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4030         return alloc_flags;
4031 }
4032
4033 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4034 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4035                                                   unsigned int alloc_flags)
4036 {
4037 #ifdef CONFIG_CMA
4038         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4039                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4040 #endif
4041         return alloc_flags;
4042 }
4043
4044 /*
4045  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4046  * a page.
4047  */
4048 static struct page *
4049 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4050                                                 const struct alloc_context *ac)
4051 {
4052         struct zoneref *z;
4053         struct zone *zone;
4054         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4055         bool no_fallback;
4056
4057 retry:
4058         /*
4059          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4060          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4061          */
4062         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4063         z = ac->preferred_zoneref;
4064         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4065                                         ac->nodemask) {
4066                 struct page *page;
4067                 unsigned long mark;
4068
4069                 if (cpusets_enabled() &&
4070                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4071                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4072                                 continue;
4073                 /*
4074                  * When allocating a page cache page for writing, we
4075                  * want to get it from a node that is within its dirty
4076                  * limit, such that no single node holds more than its
4077                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4078                  * The dirty limits take into account the node's
4079                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4080                  * should be able to balance it without having to
4081                  * write pages from its LRU list.
4082                  *
4083                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4084                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4085                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4086                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4087                  * nodes are together not big enough to reach the
4088                  * global limit.  The proper fix for these situations
4089                  * will require awareness of nodes in the
4090                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4091                  */
4092                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4093                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4094                                 continue;
4095
4096                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4097                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4098                                 continue;
4099                         }
4100                 }
4101
4102                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4103                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4104                         int local_nid;
4105
4106                         /*
4107                          * If moving to a remote node, retry but allow
4108                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4109                          * than fragmentation avoidance.
4110                          */
4111                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4112                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4113                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4114                                 goto retry;
4115                         }
4116                 }
4117
4118                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4119                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4120                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4121                                        gfp_mask)) {
4122                         int ret;
4123
4124 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4125                         /*
4126                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4127                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4128                          */
4129                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4130                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4131                                         goto try_this_zone;
4132                         }
4133 #endif
4134                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4135                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4136                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4137                                 goto try_this_zone;
4138
4139                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4140                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4141                                 continue;
4142
4143                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4144                         switch (ret) {
4145                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4146                                 /* did not scan */
4147                                 continue;
4148                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4149                                 /* scanned but unreclaimable */
4150                                 continue;
4151                         default:
4152                                 /* did we reclaim enough */
4153                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4154                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4155                                         goto try_this_zone;
4156
4157                                 continue;
4158                         }
4159                 }
4160
4161 try_this_zone:
4162                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4163                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4164                 if (page) {
4165                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4166
4167                         /*
4168                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4169                          * if the pageblock should be reserved for the future
4170                          */
4171                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4172                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4173
4174                         return page;
4175                 } else {
4176 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4177                         /* Try again if zone has deferred pages */
4178                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4179                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4180                                         goto try_this_zone;
4181                         }
4182 #endif
4183                 }
4184         }
4185
4186         /*
4187          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4188          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4189          */
4190         if (no_fallback) {
4191                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4192                 goto retry;
4193         }
4194
4195         return NULL;
4196 }
4197
4198 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4199 {
4200         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4201
4202         /*
4203          * This documents exceptions given to allocations in certain
4204          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4205          * of allowed nodes.
4206          */
4207         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4208                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4209                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4210                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4211         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4212                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4213
4214         show_mem(filter, nodemask);
4215 }
4216
4217 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4218 {
4219         struct va_format vaf;
4220         va_list args;
4221         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4222
4223         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4224                 return;
4225
4226         va_start(args, fmt);
4227         vaf.fmt = fmt;
4228         vaf.va = &args;
4229         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4230                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4231                         nodemask_pr_args(nodemask));
4232         va_end(args);
4233
4234         cpuset_print_current_mems_allowed();
4235         pr_cont("\n");
4236         dump_stack();
4237         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4238 }
4239
4240 static inline struct page *
4241 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4242                               unsigned int alloc_flags,
4243                               const struct alloc_context *ac)
4244 {
4245         struct page *page;
4246
4247         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4248                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4249         /*
4250          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4251          * are depleted
4252          */
4253         if (!page)
4254                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4255                                 alloc_flags, ac);
4256
4257         return page;
4258 }
4259
4260 static inline struct page *
4261 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4262         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4263 {
4264         struct oom_control oc = {
4265                 .zonelist = ac->zonelist,
4266                 .nodemask = ac->nodemask,
4267                 .memcg = NULL,
4268                 .gfp_mask = gfp_mask,
4269                 .order = order,
4270         };
4271         struct page *page;
4272
4273         *did_some_progress = 0;
4274
4275         /*
4276          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4277          * making progress for us.
4278          */
4279         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4280                 *did_some_progress = 1;
4281                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4282                 return NULL;
4283         }
4284
4285         /*
4286          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4287          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4288          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4289          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4290          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4291          */
4292         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4293                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4294                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4295         if (page)
4296                 goto out;
4297
4298         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4299         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4300                 goto out;
4301         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4302         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4303                 goto out;
4304         /*
4305          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4306          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4307          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4308          * fallback than shooting a random task.
4309          *
4310          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4311          */
4312         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4313                 goto out;
4314         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4315         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4316                 goto out;
4317         if (pm_suspended_storage())
4318                 goto out;
4319         /*
4320          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4321          * other request to make a forward progress.
4322          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4323          * do much for this context but let's try it to at least get
4324          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4325          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4326          * failures more gracefully we should just bail out here.
4327          */
4328
4329         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4330         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4331                 *did_some_progress = 1;
4332
4333                 /*
4334                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4335                  * reserves
4336                  */
4337                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4338                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4339                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4340         }
4341 out:
4342         mutex_unlock(&oom_lock);
4343         return page;
4344 }
4345
4346 /*
4347  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4348  * killer is consider as the only way to move forward.
4349  */
4350 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4351
4352 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4353 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4354 static struct page *
4355 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4356                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4357                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4358 {
4359         struct page *page = NULL;
4360         unsigned long pflags;
4361         unsigned int noreclaim_flag;
4362
4363         if (!order)
4364                 return NULL;
4365
4366         psi_memstall_enter(&pflags);
4367         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4368
4369         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4370                                                                 prio, &page);
4371
4372         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4373         psi_memstall_leave(&pflags);
4374
4375         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4376                 return NULL;
4377         /*
4378          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4379          * count a compaction stall
4380          */
4381         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4382
4383         /* Prep a captured page if available */
4384         if (page)
4385                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4386
4387         /* Try get a page from the freelist if available */
4388         if (!page)
4389                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4390
4391         if (page) {
4392                 struct zone *zone = page_zone(page);
4393
4394                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4395                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4396                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4397                 return page;
4398         }
4399
4400         /*
4401          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4402          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4403          */
4404         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4405
4406         cond_resched();
4407
4408         return NULL;
4409 }
4410
4411 static inline bool
4412 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4413                      enum compact_result compact_result,
4414                      enum compact_priority *compact_priority,
4415                      int *compaction_retries)
4416 {
4417         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4418         int min_priority;
4419         bool ret = false;
4420         int retries = *compaction_retries;
4421         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4422
4423         if (!order)
4424                 return false;
4425
4426         if (fatal_signal_pending(current))
4427                 return false;
4428
4429         if (compaction_made_progress(compact_result))
4430                 (*compaction_retries)++;
4431
4432         /*
4433          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4434          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4435          * failure could be caused by insufficient priority
4436          */
4437         if (compaction_failed(compact_result))
4438                 goto check_priority;
4439
4440         /*
4441          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4442          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4443          */
4444         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4445                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4446                 goto out;
4447         }
4448
4449         /*
4450          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4451          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4452          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4453          * we don't just keep bailing out endlessly.
4454          */
4455         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4456                 goto check_priority;
4457         }
4458
4459         /*
4460          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4461          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4462          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4463          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4464          * would need much more detailed feedback from compaction to
4465          * make a better decision.
4466          */
4467         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4468                 max_retries /= 4;
4469         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4470                 ret = true;
4471                 goto out;
4472         }
4473
4474         /*
4475          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4476          * all retries or failed at the lower priorities.
4477          */
4478 check_priority:
4479         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4480                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4481
4482         if (*compact_priority > min_priority) {
4483                 (*compact_priority)--;
4484                 *compaction_retries = 0;
4485                 ret = true;
4486         }
4487 out:
4488         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4489         return ret;
4490 }
4491 #else
4492 static inline struct page *
4493 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4494                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4495                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4496 {
4497         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4498         return NULL;
4499 }
4500
4501 static inline bool
4502 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4503                      enum compact_result compact_result,
4504                      enum compact_priority *compact_priority,
4505                      int *compaction_retries)
4506 {
4507         struct zone *zone;
4508         struct zoneref *z;
4509
4510         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4511                 return false;
4512
4513         /*
4514          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4515          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4516          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4517          * watermarks are OK.
4518          */
4519         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4520                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4521                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4522                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4523                         return true;
4524         }
4525         return false;
4526 }
4527 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4528
4529 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4530 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4531         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4532
4533 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4534 {
4535         /* no reclaim without waiting on it */
4536         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4537                 return false;
4538
4539         /* this guy won't enter reclaim */
4540         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4541                 return false;
4542
4543         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4544                 return false;
4545
4546         return true;
4547 }
4548
4549 void __fs_reclaim_acquire(void)
4550 {
4551         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4552 }
4553
4554 void __fs_reclaim_release(void)
4555 {
4556         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4557 }
4558
4559 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4560 {
4561         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4562
4563         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4564                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4565                         __fs_reclaim_acquire();
4566
4567 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4568                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4569                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4570 #endif
4571
4572         }
4573 }
4574 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4575
4576 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4577 {
4578         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4579
4580         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4581                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4582                         __fs_reclaim_release();
4583         }
4584 }
4585 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4586 #endif
4587
4588 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4589 static unsigned long
4590 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4591                                         const struct alloc_context *ac)
4592 {
4593         unsigned int noreclaim_flag;
4594         unsigned long pflags, progress;
4595
4596         cond_resched();
4597
4598         /* We now go into synchronous reclaim */
4599         cpuset_memory_pressure_bump();
4600         psi_memstall_enter(&pflags);
4601         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4602         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4603
4604         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4605                                                                 ac->nodemask);
4606
4607         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4608         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4609         psi_memstall_leave(&pflags);
4610
4611         cond_resched();
4612
4613         return progress;
4614 }
4615
4616 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4617 static inline struct page *
4618 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4619                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4620                 unsigned long *did_some_progress)
4621 {
4622         struct page *page = NULL;
4623         bool drained = false;
4624
4625         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4626         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4627                 return NULL;
4628
4629 retry:
4630         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4631
4632         /*
4633          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4634          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4635          * Shrink them and try again
4636          */
4637         if (!page && !drained) {
4638                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4639                 drain_all_pages(NULL);
4640                 drained = true;
4641                 goto retry;
4642         }
4643
4644         return page;
4645 }
4646
4647 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4648                              const struct alloc_context *ac)
4649 {
4650         struct zoneref *z;
4651         struct zone *zone;
4652         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4653         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4654
4655         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4656                                         ac->nodemask) {
4657                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4658                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4659                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4660         }
4661 }
4662
4663 static inline unsigned int
4664 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4665 {
4666         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4667
4668         /*
4669          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4670          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4671          * to save two branches.
4672          */
4673         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4674         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4675
4676         /*
4677          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4678          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4679          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4680          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4681          */
4682         alloc_flags |= (__force int)
4683                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4684
4685         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4686                 /*
4687                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4688                  * if it can't schedule.
4689                  */
4690                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4691                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4692                 /*
4693                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4694                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4695                  */
4696                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4697         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4698                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4699
4700         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4701
4702         return alloc_flags;
4703 }
4704
4705 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4706 {
4707         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4708                 return false;
4709
4710         /*
4711          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4712          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4713          */
4714         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4715                 return false;
4716
4717         return true;
4718 }
4719
4720 /*
4721  * Distinguish requests which really need access to full memory
4722  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4723  */
4724 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4725 {
4726         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4727                 return 0;
4728         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4729                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4730         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4731                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4732         if (!in_interrupt()) {
4733                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4734                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4735                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4736                         return ALLOC_OOM;
4737         }
4738
4739         return 0;
4740 }
4741
4742 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4743 {
4744         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4745 }
4746
4747 /*
4748  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4749  * for the given allocation request.
4750  *
4751  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4752  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4753  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4754  *
4755  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4756  */
4757 static inline bool
4758 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4759                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4760                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4761 {
4762         struct zone *zone;
4763         struct zoneref *z;
4764         bool ret = false;
4765
4766         /*
4767          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4768          * their order will become available due to high fragmentation so
4769          * always increment the no progress counter for them
4770          */
4771         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4772                 *no_progress_loops = 0;
4773         else
4774                 (*no_progress_loops)++;
4775
4776         /*
4777          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4778          * several times in the row.
4779          */
4780         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4781                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4782                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4783         }
4784
4785         /*
4786          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4787          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4788          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4789          * screwed and have to go OOM.
4790          */
4791         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4792                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4793                 unsigned long available;
4794                 unsigned long reclaimable;
4795                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4796                 bool wmark;
4797
4798                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4799                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4800
4801                 /*
4802                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4803                  * reclaimable pages?
4804                  */
4805                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4806                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4807                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4808                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4809                 if (wmark) {
4810                         /*
4811                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4812                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4813                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4814                          * prevent from pre mature OOM
4815                          */
4816                         if (!did_some_progress) {
4817                                 unsigned long write_pending;
4818
4819                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4820                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4821
4822                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4823                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4824                                         return true;
4825                                 }
4826                         }
4827
4828                         ret = true;
4829                         goto out;
4830                 }
4831         }
4832
4833 out:
4834         /*
4835          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4836          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4837          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4838          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4839          * here rather than calling cond_resched().
4840          */
4841         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4842                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4843         else
4844                 cond_resched();
4845         return ret;
4846 }
4847
4848 static inline bool
4849 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4850 {
4851         /*
4852          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4853          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4854          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4855          * such a way the check therein was true, and then it became false
4856          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4857          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4858          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4859          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4860          * caller can deal with a violated nodemask.
4861          */
4862         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4863                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4864                 ac->nodemask = NULL;
4865                 return true;
4866         }
4867
4868         /*
4869          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4870          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4871          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4872          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4873          * retry.
4874          */
4875         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4876                 return true;
4877
4878         return false;
4879 }
4880
4881 static inline struct page *
4882 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4883                                                 struct alloc_context *ac)
4884 {
4885         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4886         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4887         struct page *page = NULL;
4888         unsigned int alloc_flags;
4889         unsigned long did_some_progress;
4890         enum compact_priority compact_priority;
4891         enum compact_result compact_result;
4892         int compaction_retries;
4893         int no_progress_loops;
4894         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4895         int reserve_flags;
4896
4897         /*
4898          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4899          * callers that are not in atomic context.
4900          */
4901         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4902                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4903                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4904
4905 retry_cpuset:
4906         compaction_retries = 0;
4907         no_progress_loops = 0;
4908         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4909         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4910
4911         /*
4912          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4913          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4914          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4915          */
4916         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4917
4918         /*
4919          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4920          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4921          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4922          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4923          */
4924         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4925                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4926         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4927                 goto nopage;
4928
4929         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4930                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4931
4932         /*
4933          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4934          * that first
4935          */
4936         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4937         if (page)
4938                 goto got_pg;
4939
4940         /*
4941          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4942          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4943          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4944          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4945          * same migratetype.
4946          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4947          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4948          */
4949         if (can_direct_reclaim &&
4950                         (costly_order ||
4951                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4952                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4953                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4954                                                 alloc_flags, ac,
4955                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4956                                                 &compact_result);
4957                 if (page)
4958                         goto got_pg;
4959
4960                 /*
4961                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4962                  * includes some THP page fault allocations
4963                  */
4964                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4965                         /*
4966                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4967                          * failed because all zones are below low watermarks
4968                          * or is prohibited because it recently failed at this
4969                          * order, fail immediately unless the allocator has
4970                          * requested compaction and reclaim retry.
4971                          *
4972                          * Reclaim is
4973                          *  - potentially very expensive because zones are far
4974                          *    below their low watermarks or this is part of very
4975                          *    bursty high order allocations,
4976                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4977                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4978                          *    linear scan, and
4979                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4980                          *    own.
4981                          */
4982                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4983                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4984                                 goto nopage;
4985
4986                         /*
4987                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4988                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4989                          * using async compaction.
4990                          */
4991                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4992                 }
4993         }
4994
4995 retry:
4996         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4997         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4998                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4999
5000         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5001         if (reserve_flags)
5002                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5003
5004         /*
5005          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5006          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5007          * user oriented.
5008          */
5009         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5010                 ac->nodemask = NULL;
5011                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5012                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5013         }
5014
5015         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5016         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5017         if (page)
5018                 goto got_pg;
5019
5020         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5021         if (!can_direct_reclaim)
5022                 goto nopage;
5023
5024         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5025         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5026                 goto nopage;
5027
5028         /* Try direct reclaim and then allocating */
5029         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5030                                                         &did_some_progress);
5031         if (page)
5032                 goto got_pg;
5033
5034         /* Try direct compaction and then allocating */
5035         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5036                                         compact_priority, &compact_result);
5037         if (page)
5038                 goto got_pg;
5039
5040         /* Do not loop if specifically requested */
5041         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5042                 goto nopage;
5043
5044         /*
5045          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5046          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5047          */
5048         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5049                 goto nopage;
5050
5051         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5052                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5053                 goto retry;
5054
5055         /*
5056          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5057          * reclaim is not able to make any progress because the current
5058          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5059          * of free memory (see __compaction_suitable)
5060          */
5061         if (did_some_progress > 0 &&
5062                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5063                                 compact_result, &compact_priority,
5064                                 &compaction_retries))
5065                 goto retry;
5066
5067
5068         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5069         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5070                 goto retry_cpuset;
5071
5072         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5073         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5074         if (page)
5075                 goto got_pg;
5076
5077         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5078         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5079             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5080              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5081                 goto nopage;
5082
5083         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5084         if (did_some_progress) {
5085                 no_progress_loops = 0;
5086                 goto retry;
5087         }
5088
5089 nopage:
5090         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5091         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5092                 goto retry_cpuset;
5093
5094         /*
5095          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5096          * we always retry
5097          */
5098         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5099                 /*
5100                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5101                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5102                  */
5103                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5104                         goto fail;
5105
5106                 /*
5107                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5108                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5109                  * for somebody to do a work for us
5110                  */
5111                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5112
5113                 /*
5114                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5115                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5116                  * so that we can identify them and convert them to something
5117                  * else.
5118                  */
5119                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5120
5121                 /*
5122                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5123                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5124                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5125                  * the situation worse
5126                  */
5127                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5128                 if (page)
5129                         goto got_pg;
5130
5131                 cond_resched();
5132                 goto retry;
5133         }
5134 fail:
5135         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5136                         "page allocation failure: order:%u", order);
5137 got_pg:
5138         return page;
5139 }
5140
5141 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5142                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5143                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5144                 unsigned int *alloc_flags)
5145 {
5146         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5147         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5148         ac->nodemask = nodemask;
5149         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5150
5151         if (cpusets_enabled()) {
5152                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5153                 /*
5154                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5155                  * to the current task context. It means that any node ok.
5156                  */
5157                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
5158                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5159                 else
5160                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5161         }
5162
5163         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5164         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5165
5166         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5167
5168         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5169                 return false;
5170
5171         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5172
5173         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5174         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5175
5176         /*
5177          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5178          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5179          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5180          */
5181         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5182                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5183
5184         return true;
5185 }
5186
5187 /*
5188  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5189  * @gfp: GFP flags for the allocation
5190  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5191  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5192  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5193  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5194  * @page_array: Optional array to store the pages
5195  *
5196  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5197  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5198  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5199  *
5200  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5201  *
5202  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5203  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5204  *
5205  * Returns the number of pages on the list or array.
5206  */
5207 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5208                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5209                         struct list_head *page_list,
5210                         struct page **page_array)
5211 {
5212         struct page *page;
5213         unsigned long flags;
5214         struct zone *zone;
5215         struct zoneref *z;
5216         struct per_cpu_pages *pcp;
5217         struct list_head *pcp_list;
5218         struct alloc_context ac;
5219         gfp_t alloc_gfp;
5220         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5221         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5222
5223         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5224                 return 0;
5225
5226         /*
5227          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5228          * to be allocated before disabling IRQs.
5229          */
5230         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5231                 nr_populated++;
5232
5233         /* Already populated array? */
5234         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5235                 return nr_populated;
5236
5237         /* Use the single page allocator for one page. */
5238         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5239                 goto failed;
5240
5241         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5242         gfp &= gfp_allowed_mask;
5243         alloc_gfp = gfp;
5244         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5245                 return 0;
5246         gfp = alloc_gfp;
5247
5248         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5249         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5250                 unsigned long mark;
5251
5252                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5253                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5254                         continue;
5255                 }
5256
5257                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5258                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5259                         goto failed;
5260                 }
5261
5262                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5263                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5264                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5265                                 alloc_flags, gfp)) {
5266                         break;
5267                 }
5268         }
5269
5270         /*
5271          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5272          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5273          */
5274         if (unlikely(!zone))
5275                 goto failed;
5276
5277         /* Attempt the batch allocation */
5278         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5279         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5280         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5281
5282         while (nr_populated < nr_pages) {
5283
5284                 /* Skip existing pages */
5285                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5286                         nr_populated++;
5287                         continue;
5288                 }
5289
5290                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5291                                                                 pcp, pcp_list);
5292                 if (unlikely(!page)) {
5293                         /* Try and get at least one page */
5294                         if (!nr_populated)
5295                                 goto failed_irq;
5296                         break;
5297                 }
5298                 nr_account++;
5299
5300                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5301                 if (page_list)
5302                         list_add(&page->lru, page_list);
5303                 else
5304                         page_array[nr_populated] = page;
5305                 nr_populated++;
5306         }
5307
5308         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5309
5310         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5311         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5312
5313         return nr_populated;
5314
5315 failed_irq:
5316         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5317
5318 failed:
5319         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5320         if (page) {
5321                 if (page_list)
5322                         list_add(&page->lru, page_list);
5323                 else
5324                         page_array[nr_populated] = page;
5325                 nr_populated++;
5326         }
5327
5328         return nr_populated;
5329 }
5330 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5331
5332 /*
5333  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5334  */
5335 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5336                                                         nodemask_t *nodemask)
5337 {
5338         struct page *page;
5339         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5340         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5341         struct alloc_context ac = { };
5342
5343         /*
5344          * There are several places where we assume that the order value is sane
5345          * so bail out early if the request is out of bound.
5346          */
5347         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5348                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5349                 return NULL;
5350         }
5351
5352         gfp &= gfp_allowed_mask;
5353         /*
5354          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5355          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5356          * from a particular context which has been marked by
5357          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5358          * movable zones are not used during allocation.
5359          */
5360         gfp = current_gfp_context(gfp);
5361         alloc_gfp = gfp;
5362         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5363                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5364                 return NULL;
5365
5366         /*
5367          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5368          * memory until all local zones are considered.
5369          */
5370         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5371
5372         /* First allocation attempt */
5373         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5374         if (likely(page))
5375                 goto out;
5376
5377         alloc_gfp = gfp;
5378         ac.spread_dirty_pages = false;
5379
5380         /*
5381          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5382          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5383          */
5384         ac.nodemask = nodemask;
5385
5386         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5387
5388 out:
5389         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5390             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5391                 __free_pages(page, order);
5392                 page = NULL;
5393         }
5394
5395         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5396
5397         return page;
5398 }
5399 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5400
5401 /*
5402  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5403  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5404  * you need to access high mem.
5405  */
5406 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5407 {
5408         struct page *page;
5409
5410         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5411         if (!page)
5412                 return 0;
5413         return (unsigned long) page_address(page);
5414 }
5415 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5416
5417 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5418 {
5419         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5420 }
5421 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5422
5423 /**
5424  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5425  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5426  * @order: The order of the allocation.
5427  *
5428  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5429  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5430  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5431  * than was allocated will probably emit a warning.
5432  *
5433  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5434  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5435  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5436  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5437  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5438  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5439  *
5440  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5441  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5442  */
5443 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5444 {
5445         if (put_page_testzero(page))
5446                 free_the_page(page, order);
5447         else if (!PageHead(page))
5448                 while (order-- > 0)
5449                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5450 }
5451 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5452
5453 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5454 {
5455         if (addr != 0) {
5456                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5457                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5458         }
5459 }
5460
5461 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5462
5463 /*
5464  * Page Fragment:
5465  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5466  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5467  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5468  *
5469  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5470  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5471  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5472  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5473  */
5474 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5475                                              gfp_t gfp_mask)
5476 {
5477         struct page *page = NULL;
5478         gfp_t gfp = gfp_mask;
5479
5480 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5481         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5482                     __GFP_NOMEMALLOC;
5483         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5484                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5485         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5486 #endif
5487         if (unlikely(!page))
5488                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5489
5490         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5491
5492         return page;
5493 }
5494
5495 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5496 {
5497         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5498
5499         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5500                 free_the_page(page, compound_order(page));
5501 }
5502 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5503
5504 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5505                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5506                       unsigned int align_mask)
5507 {
5508         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5509         struct page *page;
5510         int offset;
5511
5512         if (unlikely(!nc->va)) {
5513 refill:
5514                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5515                 if (!page)
5516                         return NULL;
5517
5518 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5519                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5520                 size = nc->size;
5521 #endif
5522                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5523                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5524                  */
5525                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5526
5527                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5528                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5529                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5530                 nc->offset = size;
5531         }
5532
5533         offset = nc->offset - fragsz;
5534         if (unlikely(offset < 0)) {
5535                 page = virt_to_page(nc->va);
5536
5537                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5538                         goto refill;
5539
5540                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5541                         free_the_page(page, compound_order(page));
5542                         goto refill;
5543                 }
5544
5545 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5546                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5547                 size = nc->size;
5548 #endif
5549                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5550                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5551
5552                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5553                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5554                 offset = size - fragsz;
5555         }
5556
5557         nc->pagecnt_bias--;
5558         offset &= align_mask;
5559         nc->offset = offset;
5560
5561         return nc->va + offset;
5562 }
5563 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5564
5565 /*
5566  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5567  */
5568 void page_frag_free(void *addr)
5569 {
5570         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5571
5572         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5573                 free_the_page(page, compound_order(page));
5574 }
5575 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5576
5577 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5578                 size_t size)
5579 {
5580         if (addr) {
5581                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5582                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5583
5584                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5585                 while (used < alloc_end) {
5586                         free_page(used);
5587                         used += PAGE_SIZE;
5588                 }
5589         }
5590         return (void *)addr;
5591 }
5592
5593 /**
5594  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5595  * @size: the number of bytes to allocate
5596  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5597  *
5598  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5599  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5600  * allocate memory in power-of-two pages.
5601  *
5602  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5603  *
5604  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5605  *
5606  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5607  */
5608 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5609 {
5610         unsigned int order = get_order(size);
5611         unsigned long addr;
5612
5613         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5614                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5615
5616         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5617         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5618 }
5619 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5620
5621 /**
5622  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5623  *                         pages on a node.
5624  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5625  * @size: the number of bytes to allocate
5626  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5627  *
5628  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5629  * back.
5630  *
5631  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5632  */
5633 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5634 {
5635         unsigned int order = get_order(size);
5636         struct page *p;
5637
5638         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5639                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5640
5641         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5642         if (!p)
5643                 return NULL;
5644         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5645 }
5646
5647 /**
5648  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5649  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5650  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5651  *
5652  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5653  */
5654 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5655 {
5656         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5657         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5658
5659         while (addr < end) {
5660                 free_page(addr);
5661                 addr += PAGE_SIZE;
5662         }
5663 }
5664 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5665
5666 /**
5667  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5668  * @offset: The zone index of the highest zone
5669  *
5670  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5671  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5672  * zone, the number of pages is calculated as:
5673  *
5674  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5675  *
5676  * Return: number of pages beyond high watermark.
5677  */
5678 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5679 {
5680         struct zoneref *z;
5681         struct zone *zone;
5682
5683         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5684         unsigned long sum = 0;
5685
5686         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5687
5688         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5689                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5690                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5691                 if (size > high)
5692                         sum += size - high;
5693         }
5694
5695         return sum;
5696 }
5697
5698 /**
5699  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5700  *
5701  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5702  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5703  *
5704  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5705  * ZONE_NORMAL.
5706  */
5707 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5708 {
5709         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5710 }
5711 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5712
5713 static inline void show_node(struct zone *zone)
5714 {
5715         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5716                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5717 }
5718
5719 long si_mem_available(void)
5720 {
5721         long available;
5722         unsigned long pagecache;
5723         unsigned long wmark_low = 0;
5724         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5725         unsigned long reclaimable;
5726         struct zone *zone;
5727         int lru;
5728
5729         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5730                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5731
5732         for_each_zone(zone)
5733                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5734
5735         /*
5736          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5737          * without causing swapping.
5738          */
5739         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5740
5741         /*
5742          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5743          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5744          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5745          */
5746         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5747         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5748         available += pagecache;
5749
5750         /*
5751          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5752          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5753          * low watermark.
5754          */
5755         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5756                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5757         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5758
5759         if (available < 0)
5760                 available = 0;
5761         return available;
5762 }
5763 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5764
5765 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5766 {
5767         val->totalram = totalram_pages();
5768         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5769         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5770         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5771         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5772         val->freehigh = nr_free_highpages();
5773         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5774 }
5775
5776 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5777
5778 #ifdef CONFIG_NUMA
5779 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5780 {
5781         int zone_type;          /* needs to be signed */
5782         unsigned long managed_pages = 0;
5783         unsigned long managed_highpages = 0;
5784         unsigned long free_highpages = 0;
5785         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5786
5787         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5788                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5789         val->totalram = managed_pages;
5790         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5791         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5792 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5793         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5794                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5795
5796                 if (is_highmem(zone)) {
5797                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5798                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5799                 }
5800         }
5801         val->totalhigh = managed_highpages;
5802         val->freehigh = free_highpages;
5803 #else
5804         val->totalhigh = managed_highpages;
5805         val->freehigh = free_highpages;
5806 #endif
5807         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5808 }
5809 #endif
5810
5811 /*
5812  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5813  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5814  */
5815 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5816 {
5817         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5818                 return false;
5819
5820         /*
5821          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5822          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5823          * have to be precise here.
5824          */
5825         if (!nodemask)
5826                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5827
5828         return !node_isset(nid, *nodemask);
5829 }
5830
5831 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5832
5833 static void show_migration_types(unsigned char type)
5834 {
5835         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5836                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5837                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5838                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5839                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5840 #ifdef CONFIG_CMA
5841                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5842 #endif
5843 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5844                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5845 #endif
5846         };
5847         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5848         char *p = tmp;
5849         int i;
5850
5851         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5852                 if (type & (1 << i))
5853                         *p++ = types[i];
5854         }
5855
5856         *p = '\0';
5857         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5858 }
5859
5860 /*
5861  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5862  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5863  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5864  *
5865  * Bits in @filter:
5866  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5867  *   cpuset.
5868  */
5869 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5870 {
5871         unsigned long free_pcp = 0;
5872         int cpu;
5873         struct zone *zone;
5874         pg_data_t *pgdat;
5875
5876         for_each_populated_zone(zone) {
5877                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5878                         continue;
5879
5880                 for_each_online_cpu(cpu)
5881                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5882         }
5883
5884         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5885                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5886                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5887                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5888                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5889                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5890                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5891                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5892                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5893                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5894                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5895                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5896                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5897                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5898                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5899                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5900                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5901                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5902                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5903                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5904                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5905                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5906                 free_pcp,
5907                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5908
5909         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5910                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5911                         continue;
5912
5913                 printk("Node %d"
5914                         " active_anon:%lukB"
5915                         " inactive_anon:%lukB"
5916                         " active_file:%lukB"
5917                         " inactive_file:%lukB"
5918                         " unevictable:%lukB"
5919                         " isolated(anon):%lukB"
5920                         " isolated(file):%lukB"
5921                         " mapped:%lukB"
5922                         " dirty:%lukB"
5923                         " writeback:%lukB"
5924                         " shmem:%lukB"
5925 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5926                         " shmem_thp: %lukB"
5927                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5928                         " anon_thp: %lukB"
5929 #endif
5930                         " writeback_tmp:%lukB"
5931                         " kernel_stack:%lukB"
5932 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5933                         " shadow_call_stack:%lukB"
5934 #endif
5935                         " pagetables:%lukB"
5936                         " all_unreclaimable? %s"
5937                         "\n",
5938                         pgdat->node_id,
5939                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5940                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5941                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5942                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5943                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5944                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5945                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5946                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5947                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5948                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5949                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5950 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5954 #endif
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5956                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5957 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5958                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5959 #endif
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5961                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5962                                 "yes" : "no");
5963         }
5964
5965         for_each_populated_zone(zone) {
5966                 int i;
5967
5968                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5969                         continue;
5970
5971                 free_pcp = 0;
5972                 for_each_online_cpu(cpu)
5973                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5974
5975                 show_node(zone);
5976                 printk(KERN_CONT
5977                         "%s"
5978                         " free:%lukB"
5979                         " min:%lukB"
5980                         " low:%lukB"
5981                         " high:%lukB"
5982                         " reserved_highatomic:%luKB"
5983                         " active_anon:%lukB"
5984                         " inactive_anon:%lukB"
5985                         " active_file:%lukB"
5986                         " inactive_file:%lukB"
5987                         " unevictable:%lukB"
5988                         " writepending:%lukB"
5989                         " present:%lukB"
5990                         " managed:%lukB"
5991                         " mlocked:%lukB"
5992                         " bounce:%lukB"
5993                         " free_pcp:%lukB"
5994                         " local_pcp:%ukB"
5995                         " free_cma:%lukB"
5996                         "\n",
5997                         zone->name,
5998                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5999                         K(min_wmark_pages(zone)),
6000                         K(low_wmark_pages(zone)),
6001                         K(high_wmark_pages(zone)),
6002                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6003                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6004                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6005                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6006                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6007                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6008                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6009                         K(zone->present_pages),
6010                         K(zone_managed_pages(zone)),
6011                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6012                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6013                         K(free_pcp),
6014                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6015                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6016                 printk("lowmem_reserve[]:");
6017                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6018                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6019                 printk(KERN_CONT "\n");
6020         }
6021
6022         for_each_populated_zone(zone) {
6023                 unsigned int order;
6024                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6025                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6026
6027                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6028                         continue;
6029                 show_node(zone);
6030                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6031
6032                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6033                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6034                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6035                         int type;
6036
6037                         nr[order] = area->nr_free;
6038                         total += nr[order] << order;
6039
6040                         types[order] = 0;
6041                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6042                                 if (!free_area_empty(area, type))
6043                                         types[order] |= 1 << type;
6044                         }
6045                 }
6046                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6047                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6048                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6049                                nr[order], K(1UL) << order);
6050                         if (nr[order])
6051                                 show_migration_types(types[order]);
6052                 }
6053                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6054         }
6055
6056         hugetlb_show_meminfo();
6057
6058         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6059
6060         show_swap_cache_info();
6061 }
6062
6063 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6064 {
6065         zoneref->zone = zone;
6066         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6067 }
6068
6069 /*
6070  * Builds allocation fallback zone lists.
6071  *
6072  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6073  */
6074 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6075 {
6076         struct zone *zone;
6077         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6078         int nr_zones = 0;
6079
6080         do {
6081                 zone_type--;
6082                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6083                 if (managed_zone(zone)) {
6084                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6085                         check_highest_zone(zone_type);
6086                 }
6087         } while (zone_type);
6088
6089         return nr_zones;
6090 }
6091
6092 #ifdef CONFIG_NUMA
6093
6094 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6095 {
6096         /*
6097          * We used to support different zonelists modes but they turned
6098          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6099          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6100          * not fail it silently
6101          */
6102         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6103                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6104                 return -EINVAL;
6105         }
6106         return 0;
6107 }
6108
6109 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6110
6111 /*
6112  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6113  */
6114 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6115                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6116 {
6117         if (write)
6118                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6119         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6120 }
6121
6122
6123 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6124 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6125
6126 /**
6127  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6128  * @node: node whose fallback list we're appending
6129  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6130  *
6131  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6132  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6133  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6134  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6135  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6136  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6137  * on them otherwise.
6138  *
6139  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6140  */
6141 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6142 {
6143         int n, val;
6144         int min_val = INT_MAX;
6145         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6146
6147         /* Use the local node if we haven't already */
6148         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6149                 node_set(node, *used_node_mask);
6150                 return node;
6151         }
6152
6153         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6154
6155                 /* Don't want a node to appear more than once */
6156                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6157                         continue;
6158
6159                 /* Use the distance array to find the distance */
6160                 val = node_distance(node, n);
6161
6162                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6163                 val += (n < node);
6164
6165                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6166                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6167                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6168
6169                 /* Slight preference for less loaded node */
6170                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6171                 val += node_load[n];
6172
6173                 if (val < min_val) {
6174                         min_val = val;
6175                         best_node = n;
6176                 }
6177         }
6178
6179         if (best_node >= 0)
6180                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6181
6182         return best_node;
6183 }
6184
6185
6186 /*
6187  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6188  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6189  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6190  */
6191 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6192                 unsigned nr_nodes)
6193 {
6194         struct zoneref *zonerefs;
6195         int i;
6196
6197         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6198
6199         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6200                 int nr_zones;
6201
6202                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6203
6204                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6205                 zonerefs += nr_zones;
6206         }
6207         zonerefs->zone = NULL;
6208         zonerefs->zone_idx = 0;
6209 }
6210
6211 /*
6212  * Build gfp_thisnode zonelists
6213  */
6214 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6215 {
6216         struct zoneref *zonerefs;
6217         int nr_zones;
6218
6219         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6220         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6221         zonerefs += nr_zones;
6222         zonerefs->zone = NULL;
6223         zonerefs->zone_idx = 0;
6224 }
6225
6226 /*
6227  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6228  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6229  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6230  * may still exist in local DMA zone.
6231  */
6232
6233 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6234 {
6235         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6236         int node, load, nr_nodes = 0;
6237         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6238         int local_node, prev_node;
6239
6240         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6241         local_node = pgdat->node_id;
6242         load = nr_online_nodes;
6243         prev_node = local_node;
6244
6245         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6246         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6247                 /*
6248                  * We don't want to pressure a particular node.
6249                  * So adding penalty to the first node in same
6250                  * distance group to make it round-robin.
6251                  */
6252                 if (node_distance(local_node, node) !=
6253                     node_distance(local_node, prev_node))
6254                         node_load[node] = load;
6255
6256                 node_order[nr_nodes++] = node;
6257                 prev_node = node;
6258                 load--;
6259         }
6260
6261         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6262         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6263 }
6264
6265 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6266 /*
6267  * Return node id of node used for "local" allocations.
6268  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6269  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6270  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6271  */
6272 int local_memory_node(int node)
6273 {
6274         struct zoneref *z;
6275
6276         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6277                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6278                                    NULL);
6279         return zone_to_nid(z->zone);
6280 }
6281 #endif
6282
6283 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6284 static void setup_min_slab_ratio(void);
6285 #else   /* CONFIG_NUMA */
6286
6287 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6288 {
6289         int node, local_node;
6290         struct zoneref *zonerefs;
6291         int nr_zones;
6292
6293         local_node = pgdat->node_id;
6294
6295         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6296         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6297         zonerefs += nr_zones;
6298
6299         /*
6300          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6301          * of all the other nodes.
6302          * We don't want to pressure a particular node, so when
6303          * building the zones for node N, we make sure that the
6304          * zones coming right after the local ones are those from
6305          * node N+1 (modulo N)
6306          */
6307         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6308                 if (!node_online(node))
6309                         continue;
6310                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6311                 zonerefs += nr_zones;
6312         }
6313         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6314                 if (!node_online(node))
6315                         continue;
6316                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6317                 zonerefs += nr_zones;
6318         }
6319
6320         zonerefs->zone = NULL;
6321         zonerefs->zone_idx = 0;
6322 }
6323
6324 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6325
6326 /*
6327  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6328  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6329  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6330  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6331  * with interrupts disabled.
6332  *
6333  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6334  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6335  * hotplugged processors.
6336  *
6337  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6338  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6339  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6340  */
6341 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6342 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6343 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6344 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6345 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6346 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6347 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6348
6349 static void __build_all_zonelists(void *data)
6350 {
6351         int nid;
6352         int __maybe_unused cpu;
6353         pg_data_t *self = data;
6354         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6355
6356         spin_lock(&lock);
6357
6358 #ifdef CONFIG_NUMA
6359         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6360 #endif
6361
6362         /*
6363          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6364          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6365          */
6366         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6367                 build_zonelists(self);
6368         } else {
6369                 for_each_online_node(nid) {
6370                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6371
6372                         build_zonelists(pgdat);
6373                 }
6374
6375 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6376                 /*
6377                  * We now know the "local memory node" for each node--
6378                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6379                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6380                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6381                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6382                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6383                  */
6384                 for_each_online_cpu(cpu)
6385                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6386 #endif
6387         }
6388
6389         spin_unlock(&lock);
6390 }
6391
6392 static noinline void __init
6393 build_all_zonelists_init(void)
6394 {
6395         int cpu;
6396
6397         __build_all_zonelists(NULL);
6398
6399         /*
6400          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6401          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6402          * each zone will be allocated later when the per cpu
6403          * allocator is available.
6404          *
6405          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6406          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6407          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6408          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6409          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6410          * (a chicken-egg dilemma).
6411          */
6412         for_each_possible_cpu(cpu)
6413                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6414
6415         mminit_verify_zonelist();
6416         cpuset_init_current_mems_allowed();
6417 }
6418
6419 /*
6420  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6421  *
6422  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6423  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6424  */
6425 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6426 {
6427         unsigned long vm_total_pages;
6428
6429         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6430                 build_all_zonelists_init();
6431         } else {
6432                 __build_all_zonelists(pgdat);
6433                 /* cpuset refresh routine should be here */
6434         }
6435         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6436         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6437         /*
6438          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6439          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6440          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6441          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6442          * disabled and enable it later
6443          */
6444         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6445                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6446         else
6447                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6448
6449         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6450                 nr_online_nodes,
6451                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6452                 vm_total_pages);
6453 #ifdef CONFIG_NUMA
6454         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6455 #endif
6456 }
6457
6458 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6459 static bool __meminit
6460 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6461 {
6462         static struct memblock_region *r;
6463
6464         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6465                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6466                         for_each_mem_region(r) {
6467                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6468                                         break;
6469                         }
6470                 }
6471                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6472                     memblock_is_mirror(r)) {
6473                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6474                         return true;
6475                 }
6476         }
6477         return false;
6478 }
6479
6480 /*
6481  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6482  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6483  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6484  *
6485  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6486  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6487  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6488  */
6489 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6490                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6491                 enum meminit_context context,
6492                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6493 {
6494         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6495         struct page *page;
6496
6497         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6498                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6499
6500 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6501         /*
6502          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6503          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6504          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6505          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6506          * the hotplug lock.
6507          */
6508         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6509                 if (!altmap)
6510                         return;
6511
6512                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6513                         start_pfn += altmap->reserve;
6514                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6515         }
6516 #endif
6517
6518         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6519                 /*
6520                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6521                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6522                  */
6523                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6524                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6525                                 continue;
6526                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6527                                 break;
6528                 }
6529
6530                 page = pfn_to_page(pfn);
6531                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6532                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6533                         __SetPageReserved(page);
6534
6535                 /*
6536                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6537                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6538                  * over the place during system boot.
6539                  */
6540                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6541                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6542                         cond_resched();
6543                 }
6544                 pfn++;
6545         }
6546 }
6547
6548 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6549 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6550                                    unsigned long start_pfn,
6551                                    unsigned long nr_pages,
6552                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6553 {
6554         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6555         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6556         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6557         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6558         unsigned long start = jiffies;
6559         int nid = pgdat->node_id;
6560
6561         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6562                 return;
6563
6564         /*
6565          * The call to memmap_init should have already taken care
6566          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6567          * the end of that region and start processing the device pages.
6568          */
6569         if (altmap) {
6570                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6571                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6572         }
6573
6574         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6575                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6576
6577                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6578
6579                 /*
6580                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6581                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6582                  *
6583                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6584                  * the flag as we are still initializing the pages.
6585                  */
6586                 __SetPageReserved(page);
6587
6588                 /*
6589                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6590                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6591                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6592                  */
6593                 page->pgmap = pgmap;
6594                 page->zone_device_data = NULL;
6595
6596                 /*
6597                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6598                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6599                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6600                  * the address space during boot when many long-lived
6601                  * kernel allocations are made.
6602                  *
6603                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6604                  * because this is done early in section_activate()
6605                  */
6606                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6607                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6608                         cond_resched();
6609                 }
6610         }
6611
6612         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6613                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6614 }
6615
6616 #endif
6617 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6618 {
6619         unsigned int order, t;
6620         for_each_migratetype_order(order, t) {
6621                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6622                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6623         }
6624 }
6625
6626 #if !defined(CONFIG_FLATMEM)
6627 /*
6628  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6629  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6630  * memmap_init_zone_range().
6631  *
6632  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6633  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6634  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6635  *   arbitrary section size
6636  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6637  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6638  *   nicely with memmap sections
6639  *
6640  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6641  * - PG_Reserved is set
6642  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6643  *   hole is in the middle of a zone
6644  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6645  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6646  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6647  *   section that will be appended to the zone/node below.
6648  */
6649 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6650                                           unsigned long epfn,
6651                                           int zone, int node)
6652 {
6653         unsigned long pfn;
6654         u64 pgcnt = 0;
6655
6656         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6657                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6658                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6659                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6660                         continue;
6661                 }
6662                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6663                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6664                 pgcnt++;
6665         }
6666
6667         if (pgcnt)
6668                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6669                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6670 }
6671 #else
6672 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6673                                           unsigned long epfn,
6674                                           int zone, int node)
6675 {
6676 }
6677 #endif
6678
6679 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6680                                           unsigned long start_pfn,
6681                                           unsigned long end_pfn,
6682                                           unsigned long *hole_pfn)
6683 {
6684         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6685         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6686         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6687
6688         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6689         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6690
6691         if (start_pfn >= end_pfn)
6692                 return;
6693
6694         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6695                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6696
6697         if (*hole_pfn < start_pfn)
6698                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6699
6700         *hole_pfn = end_pfn;
6701 }
6702
6703 static void __init memmap_init(void)
6704 {
6705         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6706         unsigned long hole_pfn = 0;
6707         int i, j, zone_id, nid;
6708
6709         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6710                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6711
6712                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6713                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6714
6715                         if (!populated_zone(zone))
6716                                 continue;
6717
6718                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6719                                                &hole_pfn);
6720                         zone_id = j;
6721                 }
6722         }
6723
6724 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6725         /*
6726          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6727          * section_end].
6728          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6729          * node.
6730          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6731          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6732          * for FLATMEM it is a nop anyway
6733          */
6734         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6735         if (hole_pfn < end_pfn)
6736 #endif
6737                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6738 }
6739
6740 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6741 {
6742 #ifdef CONFIG_MMU
6743         int batch;
6744
6745         /*
6746          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6747          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6748          * size is striking a balance between allocation latency
6749          * and zone lock contention.
6750          */
6751         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6752         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6753         if (batch < 1)
6754                 batch = 1;
6755
6756         /*
6757          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6758          * of 2 value was found to be more likely to have
6759          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6760          *
6761          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6762          * batches of pages, one task can end up with a lot
6763          * of pages of one half of the possible page colors
6764          * and the other with pages of the other colors.
6765          */
6766         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6767
6768         return batch;
6769
6770 #else
6771         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6772          * conditions.
6773          *
6774          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6775          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6776          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6777          *
6778          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6779          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6780          * can be a significant delay between the individual batches being
6781          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6782          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6783          */
6784         return 0;
6785 #endif
6786 }
6787
6788 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6789 {
6790 #ifdef CONFIG_MMU
6791         int high;
6792         int nr_split_cpus;
6793         unsigned long total_pages;
6794
6795         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6796                 /*
6797                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6798                  * low watermark so that if they are full then background
6799                  * reclaim will not be started prematurely.
6800                  */
6801                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6802         } else {
6803                 /*
6804                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6805                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6806                  * zone.
6807                  */
6808                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6809         }
6810
6811         /*
6812          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6813          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6814          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6815          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6816          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6817          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6818          */
6819         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6820         if (!nr_split_cpus)
6821                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6822         high = total_pages / nr_split_cpus;
6823
6824         /*
6825          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6826          * historical relationship between high and batch.
6827          */
6828         high = max(high, batch << 2);
6829
6830         return high;
6831 #else
6832         return 0;
6833 #endif
6834 }
6835
6836 /*
6837  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6838  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6839  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6840  *
6841  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6842  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6843  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6844  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6845  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6846  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6847  *
6848  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6849  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6850  * exist).
6851  */
6852 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6853                 unsigned long batch)
6854 {
6855         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6856         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6857 }
6858
6859 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6860 {
6861         int pindex;
6862
6863         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6864         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6865
6866         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6867                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6868
6869         /*
6870          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6871          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6872          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6873          * pageset yet.
6874          */
6875         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6876         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6877         pcp->free_factor = 0;
6878 }
6879
6880 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6881                 unsigned long batch)
6882 {
6883         struct per_cpu_pages *pcp;
6884         int cpu;
6885
6886         for_each_possible_cpu(cpu) {
6887                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6888                 pageset_update(pcp, high, batch);
6889         }
6890 }
6891
6892 /*
6893  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6894  * zone based on the zone's size.
6895  */
6896 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6897 {
6898         int new_high, new_batch;
6899
6900         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6901         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6902
6903         if (zone->pageset_high == new_high &&
6904             zone->pageset_batch == new_batch)
6905                 return;
6906
6907         zone->pageset_high = new_high;
6908         zone->pageset_batch = new_batch;
6909
6910         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6911 }
6912
6913 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6914 {
6915         int cpu;
6916
6917         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6918         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6919                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6920
6921         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6922         for_each_possible_cpu(cpu) {
6923                 struct per_cpu_pages *pcp;
6924                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6925
6926                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6927                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6928                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6929         }
6930
6931         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6932 }
6933
6934 /*
6935  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6936  * Before this call only boot pagesets were available.
6937  */
6938 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6939 {
6940         struct pglist_data *pgdat;
6941         struct zone *zone;
6942         int __maybe_unused cpu;
6943
6944         for_each_populated_zone(zone)
6945                 setup_zone_pageset(zone);
6946
6947 #ifdef CONFIG_NUMA
6948         /*
6949          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6950          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6951          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6952          * the nodes these zones are associated with.
6953          */
6954         for_each_possible_cpu(cpu) {
6955                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6956                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6957                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6958         }
6959 #endif
6960
6961         for_each_online_pgdat(pgdat)
6962                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6963                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6964 }
6965
6966 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6967 {
6968         /*
6969          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6970          * relies on the ability of the linker to provide the
6971          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6972          */
6973         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6974         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6975         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6976         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6977
6978         if (populated_zone(zone))
6979                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6980                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6981 }
6982
6983 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6984                                         unsigned long zone_start_pfn,
6985                                         unsigned long size)
6986 {
6987         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6988         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6989
6990         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6991                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6992
6993         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6994
6995         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6996                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6997                         pgdat->node_id,
6998                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6999                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7000
7001         zone_init_free_lists(zone);
7002         zone->initialized = 1;
7003 }
7004
7005 /**
7006  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7007  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7008  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7009  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7010  *
7011  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7012  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7013  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7014  * PFNs will be 0.
7015  */
7016 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7017                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7018 {
7019         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7020         int i;
7021
7022         *start_pfn = -1UL;
7023         *end_pfn = 0;
7024
7025         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7026                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7027                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7028         }
7029
7030         if (*start_pfn == -1UL)
7031                 *start_pfn = 0;
7032 }
7033
7034 /*
7035  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7036  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7037  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7038  */
7039 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7040 {
7041         int zone_index;
7042         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7043                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7044                         continue;
7045
7046                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7047                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7048                         break;
7049         }
7050
7051         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7052         movable_zone = zone_index;
7053 }
7054
7055 /*
7056  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7057  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7058  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7059  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7060  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7061  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7062  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7063  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7064  */
7065 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7066                                         unsigned long zone_type,
7067                                         unsigned long node_start_pfn,
7068                                         unsigned long node_end_pfn,
7069                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7070                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7071 {
7072         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7073         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7074                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7075                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7076                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7077                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7078                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7079
7080                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7081                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7082                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7083                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7084                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7085
7086                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7087                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7088                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7089         }
7090 }
7091
7092 /*
7093  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7094  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7095  */
7096 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7097                                         unsigned long zone_type,
7098                                         unsigned long node_start_pfn,
7099                                         unsigned long node_end_pfn,
7100                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7101                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7102 {
7103         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7104         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7105         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7106         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7107                 return 0;
7108
7109         /* Get the start and end of the zone */
7110         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7111         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7112         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7113                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7114                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7115
7116         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7117         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7118                 return 0;
7119
7120         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7121         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7122         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7123
7124         /* Return the spanned pages */
7125         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7126 }
7127
7128 /*
7129  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7130  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7131  */
7132 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7133                                 unsigned long range_start_pfn,
7134                                 unsigned long range_end_pfn)
7135 {
7136         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7137         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7138         int i;
7139
7140         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7141                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7142                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7143                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7144         }
7145         return nr_absent;
7146 }
7147
7148 /**
7149  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7150  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7151  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7152  *
7153  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7154  */
7155 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7156                                                         unsigned long end_pfn)
7157 {
7158         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7159 }
7160
7161 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7162 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7163                                         unsigned long zone_type,
7164                                         unsigned long node_start_pfn,
7165                                         unsigned long node_end_pfn)
7166 {
7167         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7168         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7169         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7170         unsigned long nr_absent;
7171
7172         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7173         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7174                 return 0;
7175
7176         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7177         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7178
7179         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7180                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7181                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7182         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7183
7184         /*
7185          * ZONE_MOVABLE handling.
7186          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7187          * and vice versa.
7188          */
7189         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7190                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7191                 struct memblock_region *r;
7192
7193                 for_each_mem_region(r) {
7194                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7195                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7196                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7197                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7198
7199                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7200                             memblock_is_mirror(r))
7201                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7202
7203                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7204                             !memblock_is_mirror(r))
7205                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7206                 }
7207         }
7208
7209         return nr_absent;
7210 }
7211
7212 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7213                                                 unsigned long node_start_pfn,
7214                                                 unsigned long node_end_pfn)
7215 {
7216         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7217         enum zone_type i;
7218
7219         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7220                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7221                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7222                 unsigned long spanned, absent;
7223                 unsigned long size, real_size;
7224
7225                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7226                                                      node_start_pfn,
7227                                                      node_end_pfn,
7228                                                      &zone_start_pfn,
7229                                                      &zone_end_pfn);
7230                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7231                                                    node_start_pfn,
7232                                                    node_end_pfn);
7233
7234                 size = spanned;
7235                 real_size = size - absent;
7236
7237                 if (size)
7238                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7239                 else
7240                         zone->zone_start_pfn = 0;
7241                 zone->spanned_pages = size;
7242                 zone->present_pages = real_size;
7243
7244                 totalpages += size;
7245                 realtotalpages += real_size;
7246         }
7247
7248         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7249         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7250         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7251 }
7252
7253 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7254 /*
7255  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7256  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7257  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7258  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7259  * bytes.
7260  */
7261 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7262 {
7263         unsigned long usemapsize;
7264
7265         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7266         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7267         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7268         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7269         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7270
7271         return usemapsize / 8;
7272 }
7273
7274 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7275 {
7276         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7277                                                zone->spanned_pages);
7278         zone->pageblock_flags = NULL;
7279         if (usemapsize) {
7280                 zone->pageblock_flags =
7281                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7282                                             zone_to_nid(zone));
7283                 if (!zone->pageblock_flags)
7284                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7285                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7286         }
7287 }
7288 #else
7289 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7290 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7291
7292 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7293
7294 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7295 void __init set_pageblock_order(void)
7296 {
7297         unsigned int order;
7298
7299         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7300         if (pageblock_order)
7301                 return;
7302
7303         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7304                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7305         else
7306                 order = MAX_ORDER - 1;
7307
7308         /*
7309          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7310          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7311          * powerpc.
7312          */
7313         pageblock_order = order;
7314 }
7315 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7316
7317 /*
7318  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7319  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7320  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7321  * the kernel config
7322  */
7323 void __init set_pageblock_order(void)
7324 {
7325 }
7326
7327 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7328
7329 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7330                                                 unsigned long present_pages)
7331 {
7332         unsigned long pages = spanned_pages;
7333
7334         /*
7335          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7336          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7337          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7338          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7339          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7340          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7341          */
7342         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7343             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7344                 pages = present_pages;
7345
7346         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7347 }
7348
7349 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7350 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7351 {
7352         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7353
7354         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7355         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7356         ds_queue->split_queue_len = 0;
7357 }
7358 #else
7359 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7360 #endif
7361
7362 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7363 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7364 {
7365         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7366 }
7367 #else
7368 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7369 #endif
7370
7371 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7372 {
7373         pgdat_resize_init(pgdat);
7374
7375         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7376         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7377
7378         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7379         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7380
7381         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7382         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7383 }
7384
7385 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7386                                                         unsigned long remaining_pages)
7387 {
7388         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7389         zone_set_nid(zone, nid);
7390         zone->name = zone_names[idx];
7391         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7392         spin_lock_init(&zone->lock);
7393         zone_seqlock_init(zone);
7394         zone_pcp_init(zone);
7395 }
7396
7397 /*
7398  * Set up the zone data structures
7399  * - init pgdat internals
7400  * - init all zones belonging to this node
7401  *
7402  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7403  */
7404 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7405 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7406 {
7407         enum zone_type z;
7408         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7409
7410         pgdat_init_internals(pgdat);
7411         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7412                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7413 }
7414 #endif
7415
7416 /*
7417  * Set up the zone data structures:
7418  *   - mark all pages reserved
7419  *   - mark all memory queues empty
7420  *   - clear the memory bitmaps
7421  *
7422  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7423  * NOTE: this function is only called during early init.
7424  */
7425 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7426 {
7427         enum zone_type j;
7428         int nid = pgdat->node_id;
7429
7430         pgdat_init_internals(pgdat);
7431         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7432
7433         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7434                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7435                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7436
7437                 size = zone->spanned_pages;
7438                 freesize = zone->present_pages;
7439
7440                 /*
7441                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7442                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7443                  * and per-cpu initialisations
7444                  */
7445                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7446                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7447                         if (freesize >= memmap_pages) {
7448                                 freesize -= memmap_pages;
7449                                 if (memmap_pages)
7450                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7451                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7452                         } else
7453                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7454                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7455                 }
7456
7457                 /* Account for reserved pages */
7458                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7459                         freesize -= dma_reserve;
7460                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7461                 }
7462
7463                 if (!is_highmem_idx(j))
7464                         nr_kernel_pages += freesize;
7465                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7466                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7467                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7468                 nr_all_pages += freesize;
7469
7470                 /*
7471                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7472                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7473                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7474                  */
7475                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7476
7477                 if (!size)
7478                         continue;
7479
7480                 set_pageblock_order();
7481                 setup_usemap(zone);
7482                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7483         }
7484 }
7485
7486 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7487 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7488 {
7489         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7490         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7491
7492         /* Skip empty nodes */
7493         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7494                 return;
7495
7496         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7497         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7498         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7499         if (!pgdat->node_mem_map) {
7500                 unsigned long size, end;
7501                 struct page *map;
7502
7503                 /*
7504                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7505                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7506                  * for the buddy allocator to function correctly.
7507                  */
7508                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7509                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7510                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7511                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7512                                           pgdat->node_id);
7513                 if (!map)
7514                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7515                               size, pgdat->node_id);
7516                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7517         }
7518         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7519                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7520                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7521 #ifndef CONFIG_NUMA
7522         /*
7523          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7524          */
7525         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7526                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7527                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7528                         mem_map -= offset;
7529         }
7530 #endif
7531 }
7532 #else
7533 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7534 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7535
7536 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7537 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7538 {
7539         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7540 }
7541 #else
7542 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7543 #endif
7544
7545 static void __init free_area_init_node(int nid)
7546 {
7547         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7548         unsigned long start_pfn = 0;
7549         unsigned long end_pfn = 0;
7550
7551         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7552         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7553
7554         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7555
7556         pgdat->node_id = nid;
7557         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7558         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7559
7560         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7561                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7562                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7563         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7564
7565         alloc_node_mem_map(pgdat);
7566         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7567
7568         free_area_init_core(pgdat);
7569 }
7570
7571 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7572 {
7573         free_area_init_node(nid);
7574 }
7575
7576 #if MAX_NUMNODES > 1
7577 /*
7578  * Figure out the number of possible node ids.
7579  */
7580 void __init setup_nr_node_ids(void)
7581 {
7582         unsigned int highest;
7583
7584         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7585         nr_node_ids = highest + 1;
7586 }
7587 #endif
7588
7589 /**
7590  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7591  *
7592  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7593  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7594  * all the nodes.
7595  *
7596  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7597  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7598  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7599  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7600  *
7601  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7602  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7603  * populated node map.
7604  *
7605  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7606  * requirement (single node).
7607  */
7608 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7609 {
7610         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7611         unsigned long start, end, mask;
7612         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7613         int i, nid;
7614
7615         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7616                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7617                         last_nid = nid;
7618                         last_end = end;
7619                         continue;
7620                 }
7621
7622                 /*
7623                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7624                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7625                  * too coarse to separate the current node from the last.
7626                  */
7627                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7628                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7629                         mask <<= 1;
7630
7631                 /* accumulate all internode masks */
7632                 accl_mask |= mask;
7633         }
7634
7635         /* convert mask to number of pages */
7636         return ~accl_mask + 1;
7637 }
7638
7639 /**
7640  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7641  *
7642  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7643  * memblock_set_node().
7644  */
7645 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7646 {
7647         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7648 }
7649
7650 /*
7651  * early_calculate_totalpages()
7652  * Sum pages in active regions for movable zone.
7653  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7654  */
7655 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7656 {
7657         unsigned long totalpages = 0;
7658         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7659         int i, nid;
7660
7661         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7662                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7663
7664                 totalpages += pages;
7665                 if (pages)
7666                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7667         }
7668         return totalpages;
7669 }
7670
7671 /*
7672  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7673  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7674  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7675  * others
7676  */
7677 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7678 {
7679         int i, nid;
7680         unsigned long usable_startpfn;
7681         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7682         /* save the state before borrow the nodemask */
7683         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7684         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7685         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7686         struct memblock_region *r;
7687
7688         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7689         find_usable_zone_for_movable();
7690
7691         /*
7692          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7693          * options.
7694          */
7695         if (movable_node_is_enabled()) {
7696                 for_each_mem_region(r) {
7697                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7698                                 continue;
7699
7700                         nid = memblock_get_region_node(r);
7701
7702                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7703                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7704                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7705                                 usable_startpfn;
7706                 }
7707
7708                 goto out2;
7709         }
7710
7711         /*
7712          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7713          */
7714         if (mirrored_kernelcore) {
7715                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7716
7717                 for_each_mem_region(r) {
7718                         if (memblock_is_mirror(r))
7719                                 continue;
7720
7721                         nid = memblock_get_region_node(r);
7722
7723                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7724
7725                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7726                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7727                                 continue;
7728                         }
7729
7730                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7731                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7732                                 usable_startpfn;
7733                 }
7734
7735                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7736                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7737
7738                 goto out2;
7739         }
7740
7741         /*
7742          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7743          * amount of necessary memory.
7744          */
7745         if (required_kernelcore_percent)
7746                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7747                                        10000UL;
7748         if (required_movablecore_percent)
7749                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7750                                         10000UL;
7751
7752         /*
7753          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7754          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7755          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7756          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7757          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7758          * what movablecore would have allowed.
7759          */
7760         if (required_movablecore) {
7761                 unsigned long corepages;
7762
7763                 /*
7764                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7765                  * was requested by the user
7766                  */
7767                 required_movablecore =
7768                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7769                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7770                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7771
7772                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7773         }
7774
7775         /*
7776          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7777          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7778          */
7779         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7780                 goto out;
7781
7782         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7783         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7784
7785 restart:
7786         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7787         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7788         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7789                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7790
7791                 /*
7792                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7793                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7794                  * amount of memory for the kernel
7795                  */
7796                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7797                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7798
7799                 /*
7800                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7801                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7802                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7803                  */
7804                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7805
7806                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7807                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7808                         unsigned long size_pages;
7809
7810                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7811                         if (start_pfn >= end_pfn)
7812                                 continue;
7813
7814                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7815                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7816                                 unsigned long kernel_pages;
7817                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7818                                                                 - start_pfn;
7819
7820                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7821                                                         kernelcore_remaining);
7822                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7823                                                         required_kernelcore);
7824
7825                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7826                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7827
7828                                         /*
7829                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7830                                          * that if we have to rebalance
7831                                          * kernelcore across nodes, we will
7832                                          * not double account here
7833                                          */
7834                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7835                                         continue;
7836                                 }
7837                                 start_pfn = usable_startpfn;
7838                         }
7839
7840                         /*
7841                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7842                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7843                          * number of pages used as kernelcore
7844                          */
7845                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7846                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7847                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7848                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7849
7850                         /*
7851                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7852                          * break if the kernelcore for this node has been
7853                          * satisfied
7854                          */
7855                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7856                                                                 size_pages);
7857                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7858                         if (!kernelcore_remaining)
7859                                 break;
7860                 }
7861         }
7862
7863         /*
7864          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7865          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7866          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7867          * satisfied
7868          */
7869         usable_nodes--;
7870         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7871                 goto restart;
7872
7873 out2:
7874         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7875         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7876                 zone_movable_pfn[nid] =
7877                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7878
7879 out:
7880         /* restore the node_state */
7881         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7882 }
7883
7884 /* Any regular or high memory on that node ? */
7885 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7886 {
7887         enum zone_type zone_type;
7888
7889         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7890                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7891                 if (populated_zone(zone)) {
7892                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7893                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7894                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7895                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7896                         break;
7897                 }
7898         }
7899 }
7900
7901 /*
7902  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7903  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7904  */
7905 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7906 {
7907         return false;
7908 }
7909
7910 /**
7911  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7912  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7913  *
7914  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7915  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7916  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7917  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7918  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7919  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7920  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7921  * at arch_max_dma_pfn.
7922  */
7923 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7924 {
7925         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7926         int i, nid, zone;
7927         bool descending;
7928
7929         /* Record where the zone boundaries are */
7930         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7931                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7932         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7933                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7934
7935         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7936         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7937
7938         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7939                 if (descending)
7940                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7941                 else
7942                         zone = i;
7943
7944                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7945                         continue;
7946
7947                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7948                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7949                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7950
7951                 start_pfn = end_pfn;
7952         }
7953
7954         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7955         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7956         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7957
7958         /* Print out the zone ranges */
7959         pr_info("Zone ranges:\n");
7960         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7961                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7962                         continue;
7963                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7964                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7965                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7966                         pr_cont("empty\n");
7967                 else
7968                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7969                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7970                                         << PAGE_SHIFT,
7971                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7972                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7973         }
7974
7975         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7976         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7977         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7978                 if (zone_movable_pfn[i])
7979                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7980                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7981         }
7982
7983         /*
7984          * Print out the early node map, and initialize the
7985          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7986          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7987          */
7988         pr_info("Early memory node ranges\n");
7989         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7990                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7991                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7992                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7993                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7994         }
7995
7996         /* Initialise every node */
7997         mminit_verify_pageflags_layout();
7998         setup_nr_node_ids();
7999         for_each_online_node(nid) {
8000                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8001                 free_area_init_node(nid);
8002
8003                 /* Any memory on that node */
8004                 if (pgdat->node_present_pages)
8005                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8006                 check_for_memory(pgdat, nid);
8007         }
8008
8009         memmap_init();
8010 }
8011
8012 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8013                                      unsigned long *percent)
8014 {
8015         unsigned long long coremem;
8016         char *endptr;
8017
8018         if (!p)
8019                 return -EINVAL;
8020
8021         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8022         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8023         if (*endptr == '%') {
8024                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8025                 WARN_ON(coremem > 100);
8026
8027                 *percent = coremem;
8028         } else {
8029                 coremem = memparse(p, &p);
8030                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8031                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8032
8033                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8034                 *percent = 0UL;
8035         }
8036         return 0;
8037 }
8038
8039 /*
8040  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8041  * cannot be reclaimed or migrated.
8042  */
8043 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8044 {
8045         /* parse kernelcore=mirror */
8046         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8047                 mirrored_kernelcore = true;
8048                 return 0;
8049         }
8050
8051         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8052                                   &required_kernelcore_percent);
8053 }
8054
8055 /*
8056  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8057  * can be reclaimed or migrated.
8058  */
8059 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8060 {
8061         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8062                                   &required_movablecore_percent);
8063 }
8064
8065 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8066 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8067
8068 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8069 {
8070         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8071         totalram_pages_add(count);
8072 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8073         if (PageHighMem(page))
8074                 totalhigh_pages_add(count);
8075 #endif
8076 }
8077 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8078
8079 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8080 {
8081         void *pos;
8082         unsigned long pages = 0;
8083
8084         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8085         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8086         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8087                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8088                 void *direct_map_addr;
8089
8090                 /*
8091                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8092                  * because some architectures' virt_to_page()
8093                  * work with aliases.  Getting the direct map
8094                  * address ensures that we get a _writeable_
8095                  * alias for the memset().
8096                  */
8097                 direct_map_addr = page_address(page);
8098                 /*
8099                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8100                  * has not been initialized.
8101                  */
8102                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8103                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8104                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8105
8106                 free_reserved_page(page);
8107         }
8108
8109         if (pages && s)
8110                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8111                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8112
8113         return pages;
8114 }
8115
8116 void __init mem_init_print_info(void)
8117 {
8118         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8119         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8120
8121         physpages = get_num_physpages();
8122         codesize = _etext - _stext;
8123         datasize = _edata - _sdata;
8124         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8125         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8126         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8127         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8128
8129         /*
8130          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8131          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8132          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8133          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8134          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8135          */
8136 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8137         do { \
8138                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8139                         size -= adj; \
8140         } while (0)
8141
8142         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8143                      _sinittext, init_code_size);
8144         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8145         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8146         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8147         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8148
8149 #undef  adj_init_size
8150
8151         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8152 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8153                 ", %luK highmem"
8154 #endif
8155                 ")\n",
8156                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8157                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8158                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8159                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8160                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8161                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8162 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8163                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8164 #endif
8165                 );
8166 }
8167
8168 /**
8169  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8170  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8171  *
8172  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8173  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8174  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8175  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8176  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8177  * smaller per-cpu batchsize.
8178  */
8179 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8180 {
8181         dma_reserve = new_dma_reserve;
8182 }
8183
8184 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8185 {
8186         struct zone *zone;
8187
8188         lru_add_drain_cpu(cpu);
8189         drain_pages(cpu);
8190
8191         /*
8192          * Spill the event counters of the dead processor
8193          * into the current processors event counters.
8194          * This artificially elevates the count of the current
8195          * processor.
8196          */
8197         vm_events_fold_cpu(cpu);
8198
8199         /*
8200          * Zero the differential counters of the dead processor
8201          * so that the vm statistics are consistent.
8202          *
8203          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8204          * race with what we are doing.
8205          */
8206         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8207
8208         for_each_populated_zone(zone)
8209                 zone_pcp_update(zone, 0);
8210
8211         return 0;
8212 }
8213
8214 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8215 {
8216         struct zone *zone;
8217
8218         for_each_populated_zone(zone)
8219                 zone_pcp_update(zone, 1);
8220         return 0;
8221 }
8222
8223 #ifdef CONFIG_NUMA
8224 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8225
8226 static int __init set_hashdist(char *str)
8227 {
8228         if (!str)
8229                 return 0;
8230         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8231         return 1;
8232 }
8233 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8234 #endif
8235
8236 void __init page_alloc_init(void)
8237 {
8238         int ret;
8239
8240 #ifdef CONFIG_NUMA
8241         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8242                 hashdist = 0;
8243 #endif
8244
8245         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8246                                         "mm/page_alloc:pcp",
8247                                         page_alloc_cpu_online,
8248                                         page_alloc_cpu_dead);
8249         WARN_ON(ret < 0);
8250 }
8251
8252 /*
8253  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8254  *      or min_free_kbytes changes.
8255  */
8256 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8257 {
8258         struct pglist_data *pgdat;
8259         unsigned long reserve_pages = 0;
8260         enum zone_type i, j;
8261
8262         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8263
8264                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8265
8266                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8267                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8268                         long max = 0;
8269                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8270
8271                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8272                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8273                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8274                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8275                         }
8276
8277                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8278                         max += high_wmark_pages(zone);
8279
8280                         if (max > managed_pages)
8281                                 max = managed_pages;
8282
8283                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8284
8285                         reserve_pages += max;
8286                 }
8287         }
8288         totalreserve_pages = reserve_pages;
8289 }
8290
8291 /*
8292  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8293  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8294  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8295  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8296  */
8297 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8298 {
8299         struct pglist_data *pgdat;
8300         enum zone_type i, j;
8301
8302         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8303                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8304                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8305                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8306                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8307                         unsigned long managed_pages = 0;
8308
8309                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8310                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8311
8312                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8313
8314                                 if (clear)
8315                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8316                                 else
8317                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8318                         }
8319                 }
8320         }
8321
8322         /* update totalreserve_pages */
8323         calculate_totalreserve_pages();
8324 }
8325
8326 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8327 {
8328         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8329         unsigned long lowmem_pages = 0;
8330         struct zone *zone;
8331         unsigned long flags;
8332
8333         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8334         for_each_zone(zone) {
8335                 if (!is_highmem(zone))
8336                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8337         }
8338
8339         for_each_zone(zone) {
8340                 u64 tmp;
8341
8342                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8343                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8344                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8345                 if (is_highmem(zone)) {
8346                         /*
8347                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8348                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8349                          * value here.
8350                          *
8351                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8352                          * deltas control async page reclaim, and so should
8353                          * not be capped for highmem.
8354                          */
8355                         unsigned long min_pages;
8356
8357                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8358                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8359                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8360                 } else {
8361                         /*
8362                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8363                          * proportionate to the zone's size.
8364                          */
8365                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8366                 }
8367
8368                 /*
8369                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8370                  * scale factor in proportion to available memory, but
8371                  * ensure a minimum size on small systems.
8372                  */
8373                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8374                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8375                                       watermark_scale_factor, 10000));
8376
8377                 zone->watermark_boost = 0;
8378                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8379                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8380
8381                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8382         }
8383
8384         /* update totalreserve_pages */
8385         calculate_totalreserve_pages();
8386 }
8387
8388 /**
8389  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8390  * or when memory is hot-{added|removed}
8391  *
8392  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8393  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8394  */
8395 void setup_per_zone_wmarks(void)
8396 {
8397         struct zone *zone;
8398         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8399
8400         spin_lock(&lock);
8401         __setup_per_zone_wmarks();
8402         spin_unlock(&lock);
8403
8404         /*
8405          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8406          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8407          */
8408         for_each_zone(zone)
8409                 zone_pcp_update(zone, 0);
8410 }
8411
8412 /*
8413  * Initialise min_free_kbytes.
8414  *
8415  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8416  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8417  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8418  *
8419  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8420  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8421  *
8422  * which yields
8423  *
8424  * 16MB:        512k
8425  * 32MB:        724k
8426  * 64MB:        1024k
8427  * 128MB:       1448k
8428  * 256MB:       2048k
8429  * 512MB:       2896k
8430  * 1024MB:      4096k
8431  * 2048MB:      5792k
8432  * 4096MB:      8192k
8433  * 8192MB:      11584k
8434  * 16384MB:     16384k
8435  */
8436 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8437 {
8438         unsigned long lowmem_kbytes;
8439         int new_min_free_kbytes;
8440
8441         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8442         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8443
8444         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8445                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8446                 if (min_free_kbytes < 128)
8447                         min_free_kbytes = 128;
8448                 if (min_free_kbytes > 262144)
8449                         min_free_kbytes = 262144;
8450         } else {
8451                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8452                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8453         }
8454         setup_per_zone_wmarks();
8455         refresh_zone_stat_thresholds();
8456         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8457
8458 #ifdef CONFIG_NUMA
8459         setup_min_unmapped_ratio();
8460         setup_min_slab_ratio();
8461 #endif
8462
8463         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8464
8465         return 0;
8466 }
8467 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8468
8469 /*
8470  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8471  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8472  *      changes.
8473  */
8474 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8475                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8476 {
8477         int rc;
8478
8479         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8480         if (rc)
8481                 return rc;
8482
8483         if (write) {
8484                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8485                 setup_per_zone_wmarks();
8486         }
8487         return 0;
8488 }
8489
8490 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8491                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8492 {
8493         int rc;
8494
8495         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8496         if (rc)
8497                 return rc;
8498
8499         if (write)
8500                 setup_per_zone_wmarks();
8501
8502         return 0;
8503 }
8504
8505 #ifdef CONFIG_NUMA
8506 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8507 {
8508         pg_data_t *pgdat;
8509         struct zone *zone;
8510
8511         for_each_online_pgdat(pgdat)
8512                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8513
8514         for_each_zone(zone)
8515                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8516                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8517 }
8518
8519
8520 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8521                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8522 {
8523         int rc;
8524
8525         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8526         if (rc)
8527                 return rc;
8528
8529         setup_min_unmapped_ratio();
8530
8531         return 0;
8532 }
8533
8534 static void setup_min_slab_ratio(void)
8535 {
8536         pg_data_t *pgdat;
8537         struct zone *zone;
8538
8539         for_each_online_pgdat(pgdat)
8540                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8541
8542         for_each_zone(zone)
8543                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8544                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8545 }
8546
8547 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8548                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8549 {
8550         int rc;
8551
8552         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8553         if (rc)
8554                 return rc;
8555
8556         setup_min_slab_ratio();
8557
8558         return 0;
8559 }
8560 #endif
8561
8562 /*
8563  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8564  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8565  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8566  *
8567  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8568  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8569  * if in function of the boot time zone sizes.
8570  */
8571 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8572                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8573 {
8574         int i;
8575
8576         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8577
8578         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8579                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8580                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8581         }
8582
8583         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8584         return 0;
8585 }
8586
8587 /*
8588  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8589  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8590  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8591  */
8592 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8593                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8594 {
8595         struct zone *zone;
8596         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8597         int ret;
8598
8599         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8600         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8601
8602         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8603         if (!write || ret < 0)
8604                 goto out;
8605
8606         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8607         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8608             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8609                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8610                 ret = -EINVAL;
8611                 goto out;
8612         }
8613
8614         /* No change? */
8615         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8616                 goto out;
8617
8618         for_each_populated_zone(zone)
8619                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8620 out:
8621         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8622         return ret;
8623 }
8624
8625 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8626 /*
8627  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8628  * is not known to alloc_large_system_hash().
8629  */
8630 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8631 {
8632         return 0;
8633 }
8634 #endif
8635
8636 /*
8637  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8638  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8639  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8640  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8641  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8642  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8643  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8644  */
8645 #if __BITS_PER_LONG > 32
8646 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8647 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8648 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8649 #endif
8650
8651 /*
8652  * allocate a large system hash table from bootmem
8653  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8654  *   quantity of entries
8655  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8656  */
8657 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8658                                      unsigned long bucketsize,
8659                                      unsigned long numentries,
8660                                      int scale,
8661                                      int flags,
8662                                      unsigned int *_hash_shift,
8663                                      unsigned int *_hash_mask,
8664                                      unsigned long low_limit,
8665                                      unsigned long high_limit)
8666 {
8667         unsigned long long max = high_limit;
8668         unsigned long log2qty, size;
8669         void *table = NULL;
8670         gfp_t gfp_flags;
8671         bool virt;
8672         bool huge;
8673
8674         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8675         if (!numentries) {
8676                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8677                 numentries = nr_kernel_pages;
8678                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8679
8680                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8681                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8682                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8683
8684 #if __BITS_PER_LONG > 32
8685                 if (!high_limit) {
8686                         unsigned long adapt;
8687
8688                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8689                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8690                                 scale++;
8691                 }
8692 #endif
8693
8694                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8695                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8696                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8697                 else
8698                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8699
8700                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8701                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8702                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8703                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8704                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8705                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8706                                 BUG_ON(!numentries);
8707                         }
8708                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8709                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8710         }
8711         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8712
8713         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8714         if (max == 0) {
8715                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8716                 do_div(max, bucketsize);
8717         }
8718         max = min(max, 0x80000000ULL);
8719
8720         if (numentries < low_limit)
8721                 numentries = low_limit;
8722         if (numentries > max)
8723                 numentries = max;
8724
8725         log2qty = ilog2(numentries);
8726
8727         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8728         do {
8729                 virt = false;
8730                 size = bucketsize << log2qty;
8731                 if (flags & HASH_EARLY) {
8732                         if (flags & HASH_ZERO)
8733                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8734                         else
8735                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8736                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8737                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8738                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8739                         virt = true;
8740                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8741                 } else {
8742                         /*
8743                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8744                          * some pages at the end of hash table which
8745                          * alloc_pages_exact() automatically does
8746                          */
8747                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8748                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8749                 }
8750         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8751
8752         if (!table)
8753                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8754
8755         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8756                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8757                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8758
8759         if (_hash_shift)
8760                 *_hash_shift = log2qty;
8761         if (_hash_mask)
8762                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8763
8764         return table;
8765 }
8766
8767 /*
8768  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8769  *
8770  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8771  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8772  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8773  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8774  *
8775  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8776  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8777  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8778  *
8779  */
8780 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8781                                  int migratetype, int flags)
8782 {
8783         unsigned long iter = 0;
8784         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8785         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8786
8787         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8788                 /*
8789                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8790                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8791                  * so consider them movable here.
8792                  */
8793                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8794                         return NULL;
8795
8796                 return page;
8797         }
8798
8799         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8800                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8801                         continue;
8802
8803                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8804
8805                 /*
8806                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8807                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8808                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8809                  * specifying "movablecore".
8810                  */
8811                 if (PageReserved(page))
8812                         return page;
8813
8814                 /*
8815                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8816                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8817                  * is movable.
8818                  */
8819                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8820                         continue;
8821
8822                 /*
8823                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8824                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8825                  * We need not scan over tail pages because we don't
8826                  * handle each tail page individually in migration.
8827                  */
8828                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8829                         struct page *head = compound_head(page);
8830                         unsigned int skip_pages;
8831
8832                         if (PageHuge(page)) {
8833                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8834                                         return page;
8835                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8836                                 return page;
8837                         }
8838
8839                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8840                         iter += skip_pages - 1;
8841                         continue;
8842                 }
8843
8844                 /*
8845                  * We can't use page_count without pin a page
8846                  * because another CPU can free compound page.
8847                  * This check already skips compound tails of THP
8848                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8849                  */
8850                 if (!page_ref_count(page)) {
8851                         if (PageBuddy(page))
8852                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8853                         continue;
8854                 }
8855
8856                 /*
8857                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8858                  * page_count() is not 0.
8859                  */
8860                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8861                         continue;
8862
8863                 /*
8864                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8865                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8866                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8867                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8868                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8869                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8870                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8871                  * (false negatives in this function only)
8872                  */
8873                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8874                         continue;
8875
8876                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8877                         continue;
8878
8879                 /*
8880                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8881                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8882                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8883                  */
8884                 return page;
8885         }
8886         return NULL;
8887 }
8888
8889 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8890 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8891 {
8892         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8893                              pageblock_nr_pages) - 1);
8894 }
8895
8896 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8897 {
8898         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8899                                 pageblock_nr_pages));
8900 }
8901
8902 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8903         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8904 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8905 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8906 {
8907         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8908
8909         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8910                 struct page *page;
8911
8912                 dump_stack();
8913                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8914                         dump_page(page, "migration failure");
8915         }
8916 }
8917 #else
8918 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8919 {
8920 }
8921 #endif
8922
8923 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8924 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8925                                         unsigned long start, unsigned long end)
8926 {
8927         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8928         unsigned int nr_reclaimed;
8929         unsigned long pfn = start;
8930         unsigned int tries = 0;
8931         int ret = 0;
8932         struct migration_target_control mtc = {
8933                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8934                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8935         };
8936
8937         lru_cache_disable();
8938
8939         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8940                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8941                         ret = -EINTR;
8942                         break;
8943                 }
8944
8945                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8946                         cc->nr_migratepages = 0;
8947                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8948                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8949                                 break;
8950                         pfn = cc->migrate_pfn;
8951                         tries = 0;
8952                 } else if (++tries == 5) {
8953                         ret = -EBUSY;
8954                         break;
8955                 }
8956
8957                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8958                                                         &cc->migratepages);
8959                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8960
8961                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8962                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8963
8964                 /*
8965                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8966                  * to retry again over this error, so do the same here.
8967                  */
8968                 if (ret == -ENOMEM)
8969                         break;
8970         }
8971
8972         lru_cache_enable();
8973         if (ret < 0) {
8974                 if (ret == -EBUSY)
8975                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8976                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8977                 return ret;
8978         }
8979         return 0;
8980 }
8981
8982 /**
8983  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8984  * @start:      start PFN to allocate
8985  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8986  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8987  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8988  *                      in range must have the same migratetype and it must
8989  *                      be either of the two.
8990  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8991  *
8992  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8993  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8994  *
8995  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8996  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8997  * be modified by others.
8998  *
8999  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9000  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9001  * need to be freed with free_contig_range().
9002  */
9003 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9004                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9005 {
9006         unsigned long outer_start, outer_end;
9007         unsigned int order;
9008         int ret = 0;
9009
9010         struct compact_control cc = {
9011                 .nr_migratepages = 0,
9012                 .order = -1,
9013                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9014                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9015                 .ignore_skip_hint = true,
9016                 .no_set_skip_hint = true,
9017                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9018                 .alloc_contig = true,
9019         };
9020         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9021
9022         /*
9023          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9024          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9025          * have different sizes, and due to the way page allocator
9026          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9027          * that page allocator won't try to merge buddies from
9028          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9029          * other migration type.
9030          *
9031          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9032          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9033          * we are interested in).  This will put all the pages in
9034          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9035          *
9036          * When this is done, we take the pages in range from page
9037          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9038          * page allocator will never consider using them.
9039          *
9040          * This lets us mark the pageblocks back as
9041          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9042          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9043          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9044          */
9045
9046         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9047                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9048         if (ret)
9049                 return ret;
9050
9051         drain_all_pages(cc.zone);
9052
9053         /*
9054          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9055          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9056          * which will report the busy page.
9057          *
9058          * It is possible that busy pages could become available before
9059          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9060          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9061          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9062          */
9063         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9064         if (ret && ret != -EBUSY)
9065                 goto done;
9066         ret = 0;
9067
9068         /*
9069          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9070          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9071          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9072          * What we are going to do is to allocate all pages from
9073          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9074          *
9075          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9076          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9077          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9078          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9079          * once this is done free the pages we are not interested in.
9080          *
9081          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9082          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9083          */
9084
9085         order = 0;
9086         outer_start = start;
9087         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9088                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9089                         outer_start = start;
9090                         break;
9091                 }
9092                 outer_start &= ~0UL << order;
9093         }
9094
9095         if (outer_start != start) {
9096                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9097
9098                 /*
9099                  * outer_start page could be small order buddy page and
9100                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9101                  * in this case to report failed page properly
9102                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9103                  */
9104                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9105                         outer_start = start;
9106         }
9107
9108         /* Make sure the range is really isolated. */
9109         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9110                 ret = -EBUSY;
9111                 goto done;
9112         }
9113
9114         /* Grab isolated pages from freelists. */
9115         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9116         if (!outer_end) {
9117                 ret = -EBUSY;
9118                 goto done;
9119         }
9120
9121         /* Free head and tail (if any) */
9122         if (start != outer_start)
9123                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9124         if (end != outer_end)
9125                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9126
9127 done:
9128         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9129                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9130         return ret;
9131 }
9132 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9133
9134 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9135                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9136 {
9137         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9138
9139         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9140                                   gfp_mask);
9141 }
9142
9143 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9144                                    unsigned long nr_pages)
9145 {
9146         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9147         struct page *page;
9148
9149         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9150                 page = pfn_to_online_page(i);
9151                 if (!page)
9152                         return false;
9153
9154                 if (page_zone(page) != z)
9155                         return false;
9156
9157                 if (PageReserved(page))
9158                         return false;
9159         }
9160         return true;
9161 }
9162
9163 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9164                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9165 {
9166         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9167
9168         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9169 }
9170
9171 /**
9172  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9173  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9174  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9175  * @nid:        Target node
9176  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9177  *
9178  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9179  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9180  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9181  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9182  *
9183  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9184  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9185  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9186  *
9187  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9188  * __free_page() on each allocated page.
9189  *
9190  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9191  */
9192 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9193                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9194 {
9195         unsigned long ret, pfn, flags;
9196         struct zonelist *zonelist;
9197         struct zone *zone;
9198         struct zoneref *z;
9199
9200         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9201         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9202                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9203                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9204
9205                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9206                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9207                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9208                                 /*
9209                                  * We release the zone lock here because
9210                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9211                                  * at some point. If there's an allocation
9212                                  * spinning on this lock, it may win the race
9213                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9214                                  */
9215                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9216                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9217                                                         gfp_mask);
9218                                 if (!ret)
9219                                         return pfn_to_page(pfn);
9220                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9221                         }
9222                         pfn += nr_pages;
9223                 }
9224                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9225         }
9226         return NULL;
9227 }
9228 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9229
9230 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9231 {
9232         unsigned long count = 0;
9233
9234         for (; nr_pages--; pfn++) {
9235                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9236
9237                 count += page_count(page) != 1;
9238                 __free_page(page);
9239         }
9240         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9241 }
9242 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9243
9244 /*
9245  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9246  * page high values need to be recalculated.
9247  */
9248 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9249 {
9250         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9251         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9252         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9253 }
9254
9255 /*
9256  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9257  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9258  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9259  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9260  *
9261  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9262  */
9263 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9264 {
9265         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9266         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9267         __drain_all_pages(zone, true);
9268 }
9269
9270 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9271 {
9272         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9273         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9274 }
9275
9276 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9277 {
9278         int cpu;
9279         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9280
9281         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9282                 for_each_online_cpu(cpu) {
9283                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9284                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9285                 }
9286                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9287                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9288                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9289                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9290         }
9291 }
9292
9293 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9294 /*
9295  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9296  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9297  */
9298 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9299 {
9300         unsigned long pfn = start_pfn;
9301         struct page *page;
9302         struct zone *zone;
9303         unsigned int order;
9304         unsigned long flags;
9305
9306         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9307         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9308         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9309         while (pfn < end_pfn) {
9310                 page = pfn_to_page(pfn);
9311                 /*
9312                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9313                  * page_count() is not 0.
9314                  */
9315                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9316                         pfn++;
9317                         continue;
9318                 }
9319                 /*
9320                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9321                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9322                  */
9323                 if (PageOffline(page)) {
9324                         BUG_ON(page_count(page));
9325                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9326                         pfn++;
9327                         continue;
9328                 }
9329
9330                 BUG_ON(page_count(page));
9331                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9332                 order = buddy_order(page);
9333                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9334                 pfn += (1 << order);
9335         }
9336         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9337 }
9338 #endif
9339
9340 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9341 {
9342         struct zone *zone = page_zone(page);
9343         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9344         unsigned long flags;
9345         unsigned int order;
9346
9347         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9348         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9349                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9350
9351                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9352                         break;
9353         }
9354         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9355
9356         return order < MAX_ORDER;
9357 }
9358
9359 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9360 /*
9361  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9362  * buddy allocator.
9363  */
9364 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9365                                    struct page *target, int low, int high,
9366                                    int migratetype)
9367 {
9368         unsigned long size = 1 << high;
9369         struct page *current_buddy, *next_page;
9370
9371         while (high > low) {
9372                 high--;
9373                 size >>= 1;
9374
9375                 if (target >= &page[size]) {
9376                         next_page = page + size;
9377                         current_buddy = page;
9378                 } else {
9379                         next_page = page;
9380                         current_buddy = page + size;
9381                 }
9382
9383                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9384                         continue;
9385
9386                 if (current_buddy != target) {
9387                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9388                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9389                         page = next_page;
9390                 }
9391         }
9392 }
9393
9394 /*
9395  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9396  */
9397 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9398 {
9399         struct zone *zone = page_zone(page);
9400         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9401         unsigned long flags;
9402         unsigned int order;
9403         bool ret = false;
9404
9405         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9406         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9407                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9408                 int page_order = buddy_order(page_head);
9409
9410                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9411                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9412                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9413                                                                    pfn_head);
9414
9415                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9416                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9417                                                 page_order, migratetype);
9418                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9419                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9420                         ret = true;
9421                         break;
9422                 }
9423                 if (page_count(page_head) > 0)
9424                         break;
9425         }
9426         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9427         return ret;
9428 }
9429 #endif