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