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