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