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