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