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