Merge tag 'drm-misc-fixes-2021-02-02' of git://anongit.freedesktop.org/drm/drm-misc...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75
76 #include <asm/sections.h>
77 #include <asm/tlbflush.h>
78 #include <asm/div64.h>
79 #include "internal.h"
80 #include "shuffle.h"
81 #include "page_reporting.h"
82
83 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
84 typedef int __bitwise fpi_t;
85
86 /* No special request */
87 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
88
89 /*
90  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
91  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
92  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
93  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
94  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
95  * putting it back unmodified.
96  */
97 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
98
99 /*
100  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
101  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
102  * shuffle the whole zone).
103  *
104  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
105  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
106  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
107  *       reporting).
108  */
109 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
110
111 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
112 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
113 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
114
115 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
116 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
117 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
118 #endif
119
120 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
121
122 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
123 /*
124  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
125  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
126  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
127  * defined in <linux/topology.h>.
128  */
129 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
130 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
131 #endif
132
133 /* work_structs for global per-cpu drains */
134 struct pcpu_drain {
135         struct zone *zone;
136         struct work_struct work;
137 };
138 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
140
141 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
142 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
143 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
144 #endif
145
146 /*
147  * Array of node states.
148  */
149 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
150         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
151         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
152 #ifndef CONFIG_NUMA
153         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
154 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
155         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
156 #endif
157         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
158         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
159 #endif  /* NUMA */
160 };
161 EXPORT_SYMBOL(node_states);
162
163 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
164 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
165 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
166 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
167
168 int percpu_pagelist_fraction;
169 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
170 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
171 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
172
173 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
174 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
175
176 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
177                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
178 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
179 {
180
181         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
182 }
183 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
184
185 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
186                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
187 static int __init early_init_on_free(char *buf)
188 {
189         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
190 }
191 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
192
193 /*
194  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
195  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
196  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
197  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
198  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
199  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
200  */
201 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
202 {
203         return page->index;
204 }
205
206 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
207 {
208         page->index = migratetype;
209 }
210
211 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
212 /*
213  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
214  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
215  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
216  * they should always be called with system_transition_mutex held
217  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
218  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
219  * with that modification).
220  */
221
222 static gfp_t saved_gfp_mask;
223
224 void pm_restore_gfp_mask(void)
225 {
226         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
227         if (saved_gfp_mask) {
228                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
229                 saved_gfp_mask = 0;
230         }
231 }
232
233 void pm_restrict_gfp_mask(void)
234 {
235         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
236         WARN_ON(saved_gfp_mask);
237         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
238         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
239 }
240
241 bool pm_suspended_storage(void)
242 {
243         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
244                 return false;
245         return true;
246 }
247 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
248
249 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
250 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
251 #endif
252
253 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
254                             fpi_t fpi_flags);
255
256 /*
257  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
258  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
259  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
260  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
261  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
262  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
263  *
264  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
265  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
266  */
267 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
268 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
269         [ZONE_DMA] = 256,
270 #endif
271 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
272         [ZONE_DMA32] = 256,
273 #endif
274         [ZONE_NORMAL] = 32,
275 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
276         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
277 #endif
278         [ZONE_MOVABLE] = 0,
279 };
280
281 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
282 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
283          "DMA",
284 #endif
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
286          "DMA32",
287 #endif
288          "Normal",
289 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
290          "HighMem",
291 #endif
292          "Movable",
293 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
294          "Device",
295 #endif
296 };
297
298 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
299         "Unmovable",
300         "Movable",
301         "Reclaimable",
302         "HighAtomic",
303 #ifdef CONFIG_CMA
304         "CMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
307         "Isolate",
308 #endif
309 };
310
311 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
312         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
313         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
314 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
315         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
316 #endif
317 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
318         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
319 #endif
320 };
321
322 int min_free_kbytes = 1024;
323 int user_min_free_kbytes = -1;
324 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
325 /*
326  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
327  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
328  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
329  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
330  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
331  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
332  * fragmentation avoidance.
333  */
334 int watermark_boost_factor __read_mostly;
335 #else
336 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
337 #endif
338 int watermark_scale_factor = 10;
339
340 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
341 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
342 static unsigned long dma_reserve __initdata;
343
344 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
345 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
346 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
347 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
348 static unsigned long required_movablecore __initdata;
349 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
350 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
351 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
352
353 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
354 int movable_zone;
355 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
356
357 #if MAX_NUMNODES > 1
358 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
359 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
360 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
361 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
362 #endif
363
364 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
365
366 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
367 /*
368  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
369  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
370  * and we can permanently disable that path.
371  */
372 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
373
374 /*
375  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
376  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
377  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
378  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
379  *
380  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
381  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
382  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
383  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
384  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
385  * initialization is done, but this is not likely to happen.
386  */
387 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
388 {
389         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
390                 kasan_free_pages(page, order);
391 }
392
393 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
394 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
395 {
396         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
397
398         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
399                 return true;
400
401         return false;
402 }
403
404 /*
405  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
406  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
407  */
408 static bool __meminit
409 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
410 {
411         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
412
413         /*
414          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
415          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
416          */
417         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
418                 prev_end_pfn = end_pfn;
419                 nr_initialised = 0;
420         }
421
422         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
423         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
424                 return false;
425
426         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
427                 return true;
428         /*
429          * We start only with one section of pages, more pages are added as
430          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
431          */
432         nr_initialised++;
433         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
434             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
435                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
436                 return true;
437         }
438         return false;
439 }
440 #else
441 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
442
443 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
444 {
445         return false;
446 }
447
448 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
449 {
450         return false;
451 }
452 #endif
453
454 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
455 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
456                                                         unsigned long pfn)
457 {
458 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
459         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
460 #else
461         return page_zone(page)->pageblock_flags;
462 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
463 }
464
465 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
466 {
467 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
468         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
469 #else
470         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
471 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
472         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
473 }
474
475 static __always_inline
476 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
477                                         unsigned long pfn,
478                                         unsigned long mask)
479 {
480         unsigned long *bitmap;
481         unsigned long bitidx, word_bitidx;
482         unsigned long word;
483
484         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
485         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
486         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
487         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
488
489         word = bitmap[word_bitidx];
490         return (word >> bitidx) & mask;
491 }
492
493 /**
494  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
495  * @page: The page within the block of interest
496  * @pfn: The target page frame number
497  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
498  *
499  * Return: pageblock_bits flags
500  */
501 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
502                                         unsigned long mask)
503 {
504         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
505 }
506
507 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
508 {
509         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
510 }
511
512 /**
513  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
514  * @page: The page within the block of interest
515  * @flags: The flags to set
516  * @pfn: The target page frame number
517  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
518  */
519 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
520                                         unsigned long pfn,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         mask <<= bitidx;
538         flags <<= bitidx;
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
556                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         dump_page_owner(page);
641
642         print_modules();
643         dump_stack();
644 out:
645         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
646         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
647         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
648 }
649
650 /*
651  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
652  *
653  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
654  *
655  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
656  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
657  *
658  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
659  * page destructors. See compound_page_dtors.
660  *
661  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
662  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
663  */
664
665 void free_compound_page(struct page *page)
666 {
667         mem_cgroup_uncharge(page);
668         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
669 }
670
671 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
672 {
673         int i;
674         int nr_pages = 1 << order;
675
676         __SetPageHead(page);
677         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
678                 struct page *p = page + i;
679                 set_page_count(p, 0);
680                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
681                 set_compound_head(p, page);
682         }
683
684         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
685         set_compound_order(page, order);
686         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
687         if (hpage_pincount_available(page))
688                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
689 }
690
691 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
692 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
693
694 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
695                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
696 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
697 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
698 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
699
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
701
702 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
703 {
704         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
705 }
706 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
707
708 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
709 {
710         unsigned long res;
711
712         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
713                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
714                 return 0;
715         }
716         _debug_guardpage_minorder = res;
717         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
718         return 0;
719 }
720 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
721
722 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
723                                 unsigned int order, int migratetype)
724 {
725         if (!debug_guardpage_enabled())
726                 return false;
727
728         if (order >= debug_guardpage_minorder())
729                 return false;
730
731         __SetPageGuard(page);
732         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
733         set_page_private(page, order);
734         /* Guard pages are not available for any usage */
735         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
736
737         return true;
738 }
739
740 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
741                                 unsigned int order, int migratetype)
742 {
743         if (!debug_guardpage_enabled())
744                 return;
745
746         __ClearPageGuard(page);
747
748         set_page_private(page, 0);
749         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
750                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
751 }
752 #else
753 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
754                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
755 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
756                                 unsigned int order, int migratetype) {}
757 #endif
758
759 /*
760  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
761  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
762  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
763  * enabled, and then make decisions.
764  */
765 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
766 {
767         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
768                 if (page_poisoning_enabled())
769                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
770                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
771                 else
772                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
773         }
774         if (_init_on_free_enabled_early) {
775                 if (page_poisoning_enabled())
776                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
777                                 "will take precedence over init_on_free\n");
778                 else
779                         static_branch_enable(&init_on_free);
780         }
781
782 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
783         /*
784          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
785          * either of those options are enabled, enable poisoning.
786          */
787         if (page_poisoning_enabled() ||
788              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
789               debug_pagealloc_enabled()))
790                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
791 #endif
792
793 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
794         if (!debug_pagealloc_enabled())
795                 return;
796
797         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
798
799         if (!debug_guardpage_minorder())
800                 return;
801
802         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
803 #endif
804 }
805
806 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
807 {
808         set_page_private(page, order);
809         __SetPageBuddy(page);
810 }
811
812 /*
813  * This function checks whether a page is free && is the buddy
814  * we can coalesce a page and its buddy if
815  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
816  * (b) the buddy is in the buddy system &&
817  * (c) a page and its buddy have the same order &&
818  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
819  *
820  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
821  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
822  *
823  * For recording page's order, we use page_private(page).
824  */
825 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
826                                                         unsigned int order)
827 {
828         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
829                 return false;
830
831         if (buddy_order(buddy) != order)
832                 return false;
833
834         /*
835          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
836          * zone/node ids for pages that could never merge.
837          */
838         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
839                 return false;
840
841         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
842
843         return true;
844 }
845
846 #ifdef CONFIG_COMPACTION
847 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
848 {
849         struct capture_control *capc = current->capture_control;
850
851         return unlikely(capc) &&
852                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
853                 !capc->page &&
854                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
855 }
856
857 static inline bool
858 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
859                    int order, int migratetype)
860 {
861         if (!capc || order != capc->cc->order)
862                 return false;
863
864         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
865         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
866             is_migrate_isolate(migratetype))
867                 return false;
868
869         /*
870          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
871          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
872          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
873          * have trouble finding a high-order free page.
874          */
875         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
876                 return false;
877
878         capc->page = page;
879         return true;
880 }
881
882 #else
883 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
884 {
885         return NULL;
886 }
887
888 static inline bool
889 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
890                    int order, int migratetype)
891 {
892         return false;
893 }
894 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
895
896 /* Used for pages not on another list */
897 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
898                                     unsigned int order, int migratetype)
899 {
900         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
901
902         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
903         area->nr_free++;
904 }
905
906 /* Used for pages not on another list */
907 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
908                                          unsigned int order, int migratetype)
909 {
910         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
911
912         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
913         area->nr_free++;
914 }
915
916 /*
917  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
918  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
919  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
920  */
921 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
922                                      unsigned int order, int migratetype)
923 {
924         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
925
926         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
927 }
928
929 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
930                                            unsigned int order)
931 {
932         /* clear reported state and update reported page count */
933         if (page_reported(page))
934                 __ClearPageReported(page);
935
936         list_del(&page->lru);
937         __ClearPageBuddy(page);
938         set_page_private(page, 0);
939         zone->free_area[order].nr_free--;
940 }
941
942 /*
943  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
944  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
945  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
946  * that is happening, add the free page to the tail of the list
947  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
948  * as a higher order page
949  */
950 static inline bool
951 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
952                    struct page *page, unsigned int order)
953 {
954         struct page *higher_page, *higher_buddy;
955         unsigned long combined_pfn;
956
957         if (order >= MAX_ORDER - 2)
958                 return false;
959
960         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
961                 return false;
962
963         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
964         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
965         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
966         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
967
968         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
969                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
970 }
971
972 /*
973  * Freeing function for a buddy system allocator.
974  *
975  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
976  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
977  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
978  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
979  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
980  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
981  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
982  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
983  * parts of the VM system.
984  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
985  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
986  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
987  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
988  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
989  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
990  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
991  * triggers coalescing into a block of larger size.
992  *
993  * -- nyc
994  */
995
996 static inline void __free_one_page(struct page *page,
997                 unsigned long pfn,
998                 struct zone *zone, unsigned int order,
999                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1000 {
1001         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1002         unsigned long buddy_pfn;
1003         unsigned long combined_pfn;
1004         unsigned int max_order;
1005         struct page *buddy;
1006         bool to_tail;
1007
1008         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1009
1010         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1011         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1012
1013         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1014         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1015                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1016
1017         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1018         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1019
1020 continue_merging:
1021         while (order < max_order) {
1022                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1023                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1024                                                                 migratetype);
1025                         return;
1026                 }
1027                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1028                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1029
1030                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1031                         goto done_merging;
1032                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1033                         goto done_merging;
1034                 /*
1035                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1036                  * merge with it and move up one order.
1037                  */
1038                 if (page_is_guard(buddy))
1039                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1040                 else
1041                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1042                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1043                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1044                 pfn = combined_pfn;
1045                 order++;
1046         }
1047         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1048                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1049                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1050                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1051                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1052                  *
1053                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1054                  * low-order merging.
1055                  */
1056                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1057                         int buddy_mt;
1058
1059                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1060                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1061                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1062
1063                         if (migratetype != buddy_mt
1064                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1065                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1066                                 goto done_merging;
1067                 }
1068                 max_order = order + 1;
1069                 goto continue_merging;
1070         }
1071
1072 done_merging:
1073         set_buddy_order(page, order);
1074
1075         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1076                 to_tail = true;
1077         else if (is_shuffle_order(order))
1078                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1079         else
1080                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1081
1082         if (to_tail)
1083                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1084         else
1085                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1086
1087         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1088         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1089                 page_reporting_notify_free(order);
1090 }
1091
1092 /*
1093  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1094  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1095  * check if necessary.
1096  */
1097 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1098                                         unsigned long check_flags)
1099 {
1100         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1101                 return false;
1102
1103         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1104                         page_ref_count(page) |
1105 #ifdef CONFIG_MEMCG
1106                         (unsigned long)page_memcg(page) |
1107 #endif
1108                         (page->flags & check_flags)))
1109                 return false;
1110
1111         return true;
1112 }
1113
1114 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1115 {
1116         const char *bad_reason = NULL;
1117
1118         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1119                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1120         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1121                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1122         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1123                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1124         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1125                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1126                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1127                 else
1128                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1129         }
1130 #ifdef CONFIG_MEMCG
1131         if (unlikely(page_memcg(page)))
1132                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1133 #endif
1134         return bad_reason;
1135 }
1136
1137 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1138 {
1139         bad_page(page,
1140                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1141 }
1142
1143 static inline int check_free_page(struct page *page)
1144 {
1145         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1146                 return 0;
1147
1148         /* Something has gone sideways, find it */
1149         check_free_page_bad(page);
1150         return 1;
1151 }
1152
1153 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1154 {
1155         int ret = 1;
1156
1157         /*
1158          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1159          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1160          */
1161         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1162
1163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1164                 ret = 0;
1165                 goto out;
1166         }
1167         switch (page - head_page) {
1168         case 1:
1169                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1170                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1171                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1172                         goto out;
1173                 }
1174                 break;
1175         case 2:
1176                 /*
1177                  * the second tail page: ->mapping is
1178                  * deferred_list.next -- ignore value.
1179                  */
1180                 break;
1181         default:
1182                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1183                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1184                         goto out;
1185                 }
1186                 break;
1187         }
1188         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1189                 bad_page(page, "PageTail not set");
1190                 goto out;
1191         }
1192         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1193                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1194                 goto out;
1195         }
1196         ret = 0;
1197 out:
1198         page->mapping = NULL;
1199         clear_compound_head(page);
1200         return ret;
1201 }
1202
1203 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1204 {
1205         int i;
1206
1207         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1208         kasan_disable_current();
1209         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1210                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1211                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1212                 clear_highpage(page + i);
1213                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1214         }
1215         kasan_enable_current();
1216 }
1217
1218 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1219                                         unsigned int order, bool check_free)
1220 {
1221         int bad = 0;
1222
1223         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1224
1225         trace_mm_page_free(page, order);
1226
1227         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1228                 /*
1229                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1230                  * Untie memcg state and reset page's owner
1231                  */
1232                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1233                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1234                 reset_page_owner(page, order);
1235                 return false;
1236         }
1237
1238         /*
1239          * Check tail pages before head page information is cleared to
1240          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1241          */
1242         if (unlikely(order)) {
1243                 bool compound = PageCompound(page);
1244                 int i;
1245
1246                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1247
1248                 if (compound)
1249                         ClearPageDoubleMap(page);
1250                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1251                         if (compound)
1252                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1253                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1254                                 bad++;
1255                                 continue;
1256                         }
1257                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1258                 }
1259         }
1260         if (PageMappingFlags(page))
1261                 page->mapping = NULL;
1262         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1263                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1264         if (check_free)
1265                 bad += check_free_page(page);
1266         if (bad)
1267                 return false;
1268
1269         page_cpupid_reset_last(page);
1270         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1271         reset_page_owner(page, order);
1272
1273         if (!PageHighMem(page)) {
1274                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1275                                            PAGE_SIZE << order);
1276                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1277                                            PAGE_SIZE << order);
1278         }
1279         if (want_init_on_free())
1280                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1281
1282         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1283
1284         /*
1285          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1286          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1287          * happen after this.
1288          */
1289         arch_free_page(page, order);
1290
1291         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1292
1293         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1294
1295         return true;
1296 }
1297
1298 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1299 /*
1300  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1301  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1302  * moved from pcp lists to free lists.
1303  */
1304 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1305 {
1306         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1307 }
1308
1309 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1310 {
1311         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1312                 return check_free_page(page);
1313         else
1314                 return false;
1315 }
1316 #else
1317 /*
1318  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1319  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1320  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1321  * to the pcp lists.
1322  */
1323 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1324 {
1325         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1326                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1327         else
1328                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1329 }
1330
1331 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1332 {
1333         return check_free_page(page);
1334 }
1335 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1336
1337 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1338 {
1339         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1340         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1341         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1342
1343         prefetch(buddy);
1344 }
1345
1346 /*
1347  * Frees a number of pages from the PCP lists
1348  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1349  * count is the number of pages to free.
1350  *
1351  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1352  * see if this freeing clears that state.
1353  *
1354  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1355  * pinned" detection logic.
1356  */
1357 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1358                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1359 {
1360         int migratetype = 0;
1361         int batch_free = 0;
1362         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1363         bool isolated_pageblocks;
1364         struct page *page, *tmp;
1365         LIST_HEAD(head);
1366
1367         /*
1368          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1369          * below while (list_empty(list)) loop.
1370          */
1371         count = min(pcp->count, count);
1372         while (count) {
1373                 struct list_head *list;
1374
1375                 /*
1376                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1377                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1378                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1379                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1380                  * lists
1381                  */
1382                 do {
1383                         batch_free++;
1384                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1385                                 migratetype = 0;
1386                         list = &pcp->lists[migratetype];
1387                 } while (list_empty(list));
1388
1389                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1390                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1391                         batch_free = count;
1392
1393                 do {
1394                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1395                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1396                         list_del(&page->lru);
1397                         pcp->count--;
1398
1399                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1400                                 continue;
1401
1402                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1403
1404                         /*
1405                          * We are going to put the page back to the global
1406                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1407                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1408                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1409                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1410                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1411                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1412                          */
1413                         if (prefetch_nr) {
1414                                 prefetch_buddy(page);
1415                                 prefetch_nr--;
1416                         }
1417                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1418         }
1419
1420         spin_lock(&zone->lock);
1421         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1422
1423         /*
1424          * Use safe version since after __free_one_page(),
1425          * page->lru.next will not point to original list.
1426          */
1427         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1428                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1429                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1430                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1431                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1432                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1433                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1434
1435                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1436                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1437         }
1438         spin_unlock(&zone->lock);
1439 }
1440
1441 static void free_one_page(struct zone *zone,
1442                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1443                                 unsigned int order,
1444                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1445 {
1446         spin_lock(&zone->lock);
1447         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1448                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1449                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1450         }
1451         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1452         spin_unlock(&zone->lock);
1453 }
1454
1455 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1456                                 unsigned long zone, int nid)
1457 {
1458         mm_zero_struct_page(page);
1459         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1460         init_page_count(page);
1461         page_mapcount_reset(page);
1462         page_cpupid_reset_last(page);
1463         page_kasan_tag_reset(page);
1464
1465         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1466 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1467         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1468         if (!is_highmem_idx(zone))
1469                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1470 #endif
1471 }
1472
1473 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1474 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1475 {
1476         pg_data_t *pgdat;
1477         int nid, zid;
1478
1479         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1480                 return;
1481
1482         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1483         pgdat = NODE_DATA(nid);
1484
1485         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1486                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1487
1488                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1489                         break;
1490         }
1491         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1492 }
1493 #else
1494 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1495 {
1496 }
1497 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1498
1499 /*
1500  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1501  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1502  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1503  * sent to the buddy page allocator.
1504  */
1505 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1506 {
1507         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1508         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1509
1510         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1511                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1512                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1513
1514                         init_reserved_page(start_pfn);
1515
1516                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1517                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1518
1519                         /*
1520                          * no need for atomic set_bit because the struct
1521                          * page is not visible yet so nobody should
1522                          * access it yet.
1523                          */
1524                         __SetPageReserved(page);
1525                 }
1526         }
1527 }
1528
1529 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1530                             fpi_t fpi_flags)
1531 {
1532         unsigned long flags;
1533         int migratetype;
1534         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1535
1536         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1537                 return;
1538
1539         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1540         local_irq_save(flags);
1541         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1542         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1543                       fpi_flags);
1544         local_irq_restore(flags);
1545 }
1546
1547 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1548 {
1549         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1550         struct page *p = page;
1551         unsigned int loop;
1552
1553         /*
1554          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1555          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1556          * refcount of all involved pages to 0.
1557          */
1558         prefetchw(p);
1559         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1560                 prefetchw(p + 1);
1561                 __ClearPageReserved(p);
1562                 set_page_count(p, 0);
1563         }
1564         __ClearPageReserved(p);
1565         set_page_count(p, 0);
1566
1567         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1568
1569         /*
1570          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1571          * relevant for memory onlining.
1572          */
1573         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1574 }
1575
1576 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1577
1578 /*
1579  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1580  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1581  * treats start/end as pfns.
1582  */
1583 struct mminit_pfnnid_cache {
1584         unsigned long last_start;
1585         unsigned long last_end;
1586         int last_nid;
1587 };
1588
1589 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1590
1591 /*
1592  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1593  */
1594 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1595                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1596 {
1597         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1598         int nid;
1599
1600         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1601                 return state->last_nid;
1602
1603         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1604         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1605                 state->last_start = start_pfn;
1606                 state->last_end = end_pfn;
1607                 state->last_nid = nid;
1608         }
1609
1610         return nid;
1611 }
1612
1613 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1614 {
1615         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1616         int nid;
1617
1618         spin_lock(&early_pfn_lock);
1619         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1620         if (nid < 0)
1621                 nid = first_online_node;
1622         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1623
1624         return nid;
1625 }
1626 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1627
1628 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1629                                                         unsigned int order)
1630 {
1631         if (early_page_uninitialised(pfn))
1632                 return;
1633         __free_pages_core(page, order);
1634 }
1635
1636 /*
1637  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1638  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1639  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1640  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1641  * pageblocks.
1642  *
1643  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1644  *
1645  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1646  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1647  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1648  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1649  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1650  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1651  * page in a pageblock.
1652  */
1653 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1654                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1655 {
1656         struct page *start_page;
1657         struct page *end_page;
1658
1659         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1660         end_pfn--;
1661
1662         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1663                 return NULL;
1664
1665         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1666         if (!start_page)
1667                 return NULL;
1668
1669         if (page_zone(start_page) != zone)
1670                 return NULL;
1671
1672         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1673
1674         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1675         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1676                 return NULL;
1677
1678         return start_page;
1679 }
1680
1681 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1682 {
1683         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1684         unsigned long block_end_pfn;
1685
1686         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1687         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1688                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1689                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1690
1691                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1692
1693                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1694                                              block_end_pfn, zone))
1695                         return;
1696                 cond_resched();
1697         }
1698
1699         /* We confirm that there is no hole */
1700         zone->contiguous = true;
1701 }
1702
1703 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1704 {
1705         zone->contiguous = false;
1706 }
1707
1708 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1709 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1710                                        unsigned long nr_pages)
1711 {
1712         struct page *page;
1713         unsigned long i;
1714
1715         if (!nr_pages)
1716                 return;
1717
1718         page = pfn_to_page(pfn);
1719
1720         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1721         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1722             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1723                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1724                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1725                 return;
1726         }
1727
1728         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1729                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1730                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1731                 __free_pages_core(page, 0);
1732         }
1733 }
1734
1735 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1736 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1737 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1738
1739 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1740 {
1741         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1742                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1743 }
1744
1745 /*
1746  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1747  *
1748  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1749  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1750  * function is optimized out.
1751  *
1752  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1753  * of the head pfn.
1754  */
1755 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1756 {
1757         if (!pfn_valid_within(pfn))
1758                 return false;
1759         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1760                 return false;
1761         return true;
1762 }
1763
1764 /*
1765  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1766  * pageblock_nr_pages sizes.
1767  */
1768 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1769                                        unsigned long end_pfn)
1770 {
1771         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1772         unsigned long nr_free = 0;
1773
1774         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1775                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1776                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1777                         nr_free = 0;
1778                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1779                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1780                         nr_free = 1;
1781                 } else {
1782                         nr_free++;
1783                 }
1784         }
1785         /* Free the last block of pages to allocator */
1786         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1791  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1792  * Return number of pages initialized.
1793  */
1794 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1795                                                  unsigned long pfn,
1796                                                  unsigned long end_pfn)
1797 {
1798         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1799         int nid = zone_to_nid(zone);
1800         unsigned long nr_pages = 0;
1801         int zid = zone_idx(zone);
1802         struct page *page = NULL;
1803
1804         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1805                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1806                         page = NULL;
1807                         continue;
1808                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1809                         page = pfn_to_page(pfn);
1810                 } else {
1811                         page++;
1812                 }
1813                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1814                 nr_pages++;
1815         }
1816         return (nr_pages);
1817 }
1818
1819 /*
1820  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1821  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1822  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1823  * return false indicating there are no valid ranges left.
1824  */
1825 static bool __init
1826 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1827                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1828                                     unsigned long first_init_pfn)
1829 {
1830         u64 j;
1831
1832         /*
1833          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1834          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1835          * so we just need to flush them out of the system.
1836          */
1837         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1838                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1839                         continue;
1840                 if (*spfn < first_init_pfn)
1841                         *spfn = first_init_pfn;
1842                 *i = j;
1843                 return true;
1844         }
1845
1846         return false;
1847 }
1848
1849 /*
1850  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1851  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1852  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1853  * page in __free_one_page()).
1854  *
1855  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1856  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1857  * any issues with the buddy page computation.
1858  */
1859 static unsigned long __init
1860 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1861                        unsigned long *end_pfn)
1862 {
1863         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1864         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1865         unsigned long nr_pages = 0;
1866         u64 j = *i;
1867
1868         /* First we loop through and initialize the page values */
1869         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1870                 unsigned long t;
1871
1872                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1873                         break;
1874
1875                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1876                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1877
1878                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1879                         *start_pfn = mo_pfn;
1880                         break;
1881                 }
1882         }
1883
1884         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1885         swap(j, *i);
1886
1887         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1888                 unsigned long t;
1889
1890                 if (mo_pfn <= spfn)
1891                         break;
1892
1893                 t = min(mo_pfn, epfn);
1894                 deferred_free_pages(spfn, t);
1895
1896                 if (mo_pfn <= epfn)
1897                         break;
1898         }
1899
1900         return nr_pages;
1901 }
1902
1903 static void __init
1904 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1905                            void *arg)
1906 {
1907         unsigned long spfn, epfn;
1908         struct zone *zone = arg;
1909         u64 i;
1910
1911         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1912
1913         /*
1914          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1915          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1916          */
1917         while (spfn < end_pfn) {
1918                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1919                 cond_resched();
1920         }
1921 }
1922
1923 /* An arch may override for more concurrency. */
1924 __weak int __init
1925 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1926 {
1927         return 1;
1928 }
1929
1930 /* Initialise remaining memory on a node */
1931 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1932 {
1933         pg_data_t *pgdat = data;
1934         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1935         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1936         unsigned long first_init_pfn, flags;
1937         unsigned long start = jiffies;
1938         struct zone *zone;
1939         int zid, max_threads;
1940         u64 i;
1941
1942         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1943         if (!cpumask_empty(cpumask))
1944                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1945
1946         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1947         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1948         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1949                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1950                 pgdat_init_report_one_done();
1951                 return 0;
1952         }
1953
1954         /* Sanity check boundaries */
1955         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1956         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1957         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1958
1959         /*
1960          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1961          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1962          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1963          */
1964         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1965
1966         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1967         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1968                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1969                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1970                         break;
1971         }
1972
1973         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1974         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1975                                                  first_init_pfn))
1976                 goto zone_empty;
1977
1978         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1979
1980         while (spfn < epfn) {
1981                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1982                 struct padata_mt_job job = {
1983                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1984                         .fn_arg      = zone,
1985                         .start       = spfn,
1986                         .size        = epfn_align - spfn,
1987                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1988                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1989                         .max_threads = max_threads,
1990                 };
1991
1992                 padata_do_multithreaded(&job);
1993                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1994                                                     epfn_align);
1995         }
1996 zone_empty:
1997         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1998         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1999
2000         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2001                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2002
2003         pgdat_init_report_one_done();
2004         return 0;
2005 }
2006
2007 /*
2008  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2009  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2010  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2011  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2012  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2013  *
2014  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2015  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2016  * enough pages to satisfy the allocation.
2017  *
2018  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2019  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2020  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2021  */
2022 static noinline bool __init
2023 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2024 {
2025         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2026         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2027         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2028         unsigned long spfn, epfn, flags;
2029         unsigned long nr_pages = 0;
2030         u64 i;
2031
2032         /* Only the last zone may have deferred pages */
2033         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2034                 return false;
2035
2036         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2037
2038         /*
2039          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2040          * true, as there might be enough pages already.
2041          */
2042         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2043                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2044                 return true;
2045         }
2046
2047         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2048         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2049                                                  first_deferred_pfn)) {
2050                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2051                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2052                 /* Retry only once. */
2053                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2054         }
2055
2056         /*
2057          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2058          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2059          * allocator.
2060          */
2061         while (spfn < epfn) {
2062                 /* update our first deferred PFN for this section */
2063                 first_deferred_pfn = spfn;
2064
2065                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2066                 touch_nmi_watchdog();
2067
2068                 /* We should only stop along section boundaries */
2069                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2070                         continue;
2071
2072                 /* If our quota has been met we can stop here */
2073                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2074                         break;
2075         }
2076
2077         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2078         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2079
2080         return nr_pages > 0;
2081 }
2082
2083 /*
2084  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2085  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2086  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2087  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2088  */
2089 static bool __ref
2090 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2091 {
2092         return deferred_grow_zone(zone, order);
2093 }
2094
2095 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2096
2097 void __init page_alloc_init_late(void)
2098 {
2099         struct zone *zone;
2100         int nid;
2101
2102 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2103
2104         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2105         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2106         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2107                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2108         }
2109
2110         /* Block until all are initialised */
2111         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2112
2113         /*
2114          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2115          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2116          * will be artificially small.
2117          */
2118         for_each_populated_zone(zone)
2119                 zone_pcp_update(zone);
2120
2121         /*
2122          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2123          * on-demand struct page initialization.
2124          */
2125         static_branch_disable(&deferred_pages);
2126
2127         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2128         files_maxfiles_init();
2129 #endif
2130
2131         buffer_init();
2132
2133         /* Discard memblock private memory */
2134         memblock_discard();
2135
2136         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2137                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2138
2139         for_each_populated_zone(zone)
2140                 set_zone_contiguous(zone);
2141 }
2142
2143 #ifdef CONFIG_CMA
2144 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2145 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2146 {
2147         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2148         struct page *p = page;
2149
2150         do {
2151                 __ClearPageReserved(p);
2152                 set_page_count(p, 0);
2153         } while (++p, --i);
2154
2155         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2156
2157         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2158                 i = pageblock_nr_pages;
2159                 p = page;
2160                 do {
2161                         set_page_refcounted(p);
2162                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2163                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2164                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2165         } else {
2166                 set_page_refcounted(page);
2167                 __free_pages(page, pageblock_order);
2168         }
2169
2170         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2171 }
2172 #endif
2173
2174 /*
2175  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2176  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2177  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2178  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2179  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2180  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2181  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2182  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2183  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2184  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2185  *
2186  * -- nyc
2187  */
2188 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2189         int low, int high, int migratetype)
2190 {
2191         unsigned long size = 1 << high;
2192
2193         while (high > low) {
2194                 high--;
2195                 size >>= 1;
2196                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2197
2198                 /*
2199                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2200                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2201                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2202                  * pages will stay not present in virtual address space
2203                  */
2204                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2205                         continue;
2206
2207                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2208                 set_buddy_order(&page[size], high);
2209         }
2210 }
2211
2212 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2213 {
2214         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2215                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2216                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2217                 return;
2218         }
2219
2220         bad_page(page,
2221                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2222 }
2223
2224 /*
2225  * This page is about to be returned from the page allocator
2226  */
2227 static inline int check_new_page(struct page *page)
2228 {
2229         if (likely(page_expected_state(page,
2230                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2231                 return 0;
2232
2233         check_new_page_bad(page);
2234         return 1;
2235 }
2236
2237 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2238 /*
2239  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2240  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2241  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2242  */
2243 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2244 {
2245         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2246                 return check_new_page(page);
2247         else
2248                 return false;
2249 }
2250
2251 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2252 {
2253         return check_new_page(page);
2254 }
2255 #else
2256 /*
2257  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2258  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2259  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2260  */
2261 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2262 {
2263         return check_new_page(page);
2264 }
2265 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2266 {
2267         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2268                 return check_new_page(page);
2269         else
2270                 return false;
2271 }
2272 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2273
2274 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2275 {
2276         int i;
2277         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2278                 struct page *p = page + i;
2279
2280                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2281                         return true;
2282         }
2283
2284         return false;
2285 }
2286
2287 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2288                                 gfp_t gfp_flags)
2289 {
2290         set_page_private(page, 0);
2291         set_page_refcounted(page);
2292
2293         arch_alloc_page(page, order);
2294         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2295         kasan_alloc_pages(page, order);
2296         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2297         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2298
2299         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2300                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2301 }
2302
2303 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2304                                                         unsigned int alloc_flags)
2305 {
2306         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2307
2308         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2309                 prep_compound_page(page, order);
2310
2311         /*
2312          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2313          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2314          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2315          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2316          */
2317         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2318                 set_page_pfmemalloc(page);
2319         else
2320                 clear_page_pfmemalloc(page);
2321 }
2322
2323 /*
2324  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2325  * the smallest available page from the freelists
2326  */
2327 static __always_inline
2328 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2329                                                 int migratetype)
2330 {
2331         unsigned int current_order;
2332         struct free_area *area;
2333         struct page *page;
2334
2335         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2336         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2337                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2338                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2339                 if (!page)
2340                         continue;
2341                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2342                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2343                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2344                 return page;
2345         }
2346
2347         return NULL;
2348 }
2349
2350
2351 /*
2352  * This array describes the order lists are fallen back to when
2353  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2354  */
2355 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2356         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2357         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2358         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2359 #ifdef CONFIG_CMA
2360         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2361 #endif
2362 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2363         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2364 #endif
2365 };
2366
2367 #ifdef CONFIG_CMA
2368 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2369                                         unsigned int order)
2370 {
2371         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2372 }
2373 #else
2374 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2375                                         unsigned int order) { return NULL; }
2376 #endif
2377
2378 /*
2379  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2380  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2381  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2382  */
2383 static int move_freepages(struct zone *zone,
2384                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2385                           int migratetype, int *num_movable)
2386 {
2387         struct page *page;
2388         unsigned int order;
2389         int pages_moved = 0;
2390
2391         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2392                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2393                         page++;
2394                         continue;
2395                 }
2396
2397                 if (!PageBuddy(page)) {
2398                         /*
2399                          * We assume that pages that could be isolated for
2400                          * migration are movable. But we don't actually try
2401                          * isolating, as that would be expensive.
2402                          */
2403                         if (num_movable &&
2404                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2405                                 (*num_movable)++;
2406
2407                         page++;
2408                         continue;
2409                 }
2410
2411                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2412                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2413                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2414
2415                 order = buddy_order(page);
2416                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2417                 page += 1 << order;
2418                 pages_moved += 1 << order;
2419         }
2420
2421         return pages_moved;
2422 }
2423
2424 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2425                                 int migratetype, int *num_movable)
2426 {
2427         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2428         struct page *start_page, *end_page;
2429
2430         if (num_movable)
2431                 *num_movable = 0;
2432
2433         start_pfn = page_to_pfn(page);
2434         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2435         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2436         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2437         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2438
2439         /* Do not cross zone boundaries */
2440         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2441                 start_page = page;
2442         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2443                 return 0;
2444
2445         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2446                                                                 num_movable);
2447 }
2448
2449 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2450                                         int start_order, int migratetype)
2451 {
2452         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2453
2454         while (nr_pageblocks--) {
2455                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2456                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2457         }
2458 }
2459
2460 /*
2461  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2462  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2463  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2464  *
2465  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2466  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2467  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2468  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2469  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2470  * pageblocks.
2471  */
2472 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2473 {
2474         /*
2475          * Leaving this order check is intended, although there is
2476          * relaxed order check in next check. The reason is that
2477          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2478          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2479          * so could be changed anytime.
2480          */
2481         if (order >= pageblock_order)
2482                 return true;
2483
2484         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2485                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2486                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2487                 page_group_by_mobility_disabled)
2488                 return true;
2489
2490         return false;
2491 }
2492
2493 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2494 {
2495         unsigned long max_boost;
2496
2497         if (!watermark_boost_factor)
2498                 return false;
2499         /*
2500          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2501          * On small machines, including kdump capture kernels running
2502          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2503          * memory situation immediately.
2504          */
2505         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2506                 return false;
2507
2508         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2509                         watermark_boost_factor, 10000);
2510
2511         /*
2512          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2513          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2514          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2515          * allocations that early means that reclaim is not going
2516          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2517          * boosted watermark resulting in a hang.
2518          */
2519         if (!max_boost)
2520                 return false;
2521
2522         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2523
2524         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2525                 max_boost);
2526
2527         return true;
2528 }
2529
2530 /*
2531  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2532  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2533  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2534  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2535  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2536  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2537  */
2538 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2539                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2540 {
2541         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2542         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2543         int old_block_type;
2544
2545         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2546
2547         /*
2548          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2549          * highatomic accounting.
2550          */
2551         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2552                 goto single_page;
2553
2554         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2555         if (current_order >= pageblock_order) {
2556                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2557                 goto single_page;
2558         }
2559
2560         /*
2561          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2562          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2563          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2564          */
2565         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2566                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2567
2568         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2569         if (!whole_block)
2570                 goto single_page;
2571
2572         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2573                                                 &movable_pages);
2574         /*
2575          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2576          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2577          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2578          */
2579         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2580                 alike_pages = movable_pages;
2581         } else {
2582                 /*
2583                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2584                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2585                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2586                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2587                  * exact migratetype of non-movable pages.
2588                  */
2589                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2590                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2591                                                 - (free_pages + movable_pages);
2592                 else
2593                         alike_pages = 0;
2594         }
2595
2596         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2597         if (!free_pages)
2598                 goto single_page;
2599
2600         /*
2601          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2602          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2603          */
2604         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2605                         page_group_by_mobility_disabled)
2606                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2607
2608         return;
2609
2610 single_page:
2611         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2612 }
2613
2614 /*
2615  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2616  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2617  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2618  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2619  */
2620 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2621                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2622 {
2623         int i;
2624         int fallback_mt;
2625
2626         if (area->nr_free == 0)
2627                 return -1;
2628
2629         *can_steal = false;
2630         for (i = 0;; i++) {
2631                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2632                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2633                         break;
2634
2635                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2636                         continue;
2637
2638                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2639                         *can_steal = true;
2640
2641                 if (!only_stealable)
2642                         return fallback_mt;
2643
2644                 if (*can_steal)
2645                         return fallback_mt;
2646         }
2647
2648         return -1;
2649 }
2650
2651 /*
2652  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2653  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2654  */
2655 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2656                                 unsigned int alloc_order)
2657 {
2658         int mt;
2659         unsigned long max_managed, flags;
2660
2661         /*
2662          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2663          * Check is race-prone but harmless.
2664          */
2665         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2666         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2667                 return;
2668
2669         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2670
2671         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2672         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2673                 goto out_unlock;
2674
2675         /* Yoink! */
2676         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2677         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2678             && !is_migrate_cma(mt)) {
2679                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2680                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2681                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2682         }
2683
2684 out_unlock:
2685         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2686 }
2687
2688 /*
2689  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2690  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2691  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2692  * to recover from than an OOM.
2693  *
2694  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2695  * pageblock is exhausted.
2696  */
2697 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2698                                                 bool force)
2699 {
2700         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2701         unsigned long flags;
2702         struct zoneref *z;
2703         struct zone *zone;
2704         struct page *page;
2705         int order;
2706         bool ret;
2707
2708         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2709                                                                 ac->nodemask) {
2710                 /*
2711                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2712                  * is really high.
2713                  */
2714                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2715                                         pageblock_nr_pages)
2716                         continue;
2717
2718                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2719                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2720                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2721
2722                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2723                         if (!page)
2724                                 continue;
2725
2726                         /*
2727                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2728                          * we can counter several free pages in a pageblock
2729                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2730                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2731                          * adjust the count once.
2732                          */
2733                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2734                                 /*
2735                                  * It should never happen but changes to
2736                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2737                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2738                                  * while unreserving so be safe and watch for
2739                                  * underflows.
2740                                  */
2741                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2742                                                 pageblock_nr_pages,
2743                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2744                         }
2745
2746                         /*
2747                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2748                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2749                          * is doing the work and needs the pages. More
2750                          * importantly, if the block was always converted to
2751                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2752                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2753                          * may increase.
2754                          */
2755                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2756                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2757                                                                         NULL);
2758                         if (ret) {
2759                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2760                                 return ret;
2761                         }
2762                 }
2763                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2764         }
2765
2766         return false;
2767 }
2768
2769 /*
2770  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2771  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2772  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2773  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2774  *
2775  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2776  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2777  * condition simpler.
2778  */
2779 static __always_inline bool
2780 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2781                                                 unsigned int alloc_flags)
2782 {
2783         struct free_area *area;
2784         int current_order;
2785         int min_order = order;
2786         struct page *page;
2787         int fallback_mt;
2788         bool can_steal;
2789
2790         /*
2791          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2792          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2793          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2794          */
2795         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2796                 min_order = pageblock_order;
2797
2798         /*
2799          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2800          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2801          * would be too costly to do exactly.
2802          */
2803         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2804                                 --current_order) {
2805                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2806                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2807                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2808                 if (fallback_mt == -1)
2809                         continue;
2810
2811                 /*
2812                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2813                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2814                  * steal and split the smallest available page instead of the
2815                  * largest available page, because even if the next movable
2816                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2817                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2818                  */
2819                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2820                                         && current_order > order)
2821                         goto find_smallest;
2822
2823                 goto do_steal;
2824         }
2825
2826         return false;
2827
2828 find_smallest:
2829         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2830                                                         current_order++) {
2831                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2832                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2833                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2834                 if (fallback_mt != -1)
2835                         break;
2836         }
2837
2838         /*
2839          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2840          * when looking for the largest page.
2841          */
2842         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2843
2844 do_steal:
2845         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2846
2847         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2848                                                                 can_steal);
2849
2850         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2851                 start_migratetype, fallback_mt);
2852
2853         return true;
2854
2855 }
2856
2857 /*
2858  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2859  * Call me with the zone->lock already held.
2860  */
2861 static __always_inline struct page *
2862 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2863                                                 unsigned int alloc_flags)
2864 {
2865         struct page *page;
2866
2867         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2868                 /*
2869                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2870                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2871                  * is in the CMA area.
2872                  */
2873                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2874                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2875                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2876                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2877                         if (page)
2878                                 goto out;
2879                 }
2880         }
2881 retry:
2882         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2883         if (unlikely(!page)) {
2884                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2885                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2886
2887                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2888                                                                 alloc_flags))
2889                         goto retry;
2890         }
2891 out:
2892         if (page)
2893                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2894         return page;
2895 }
2896
2897 /*
2898  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2899  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2900  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2901  */
2902 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2903                         unsigned long count, struct list_head *list,
2904                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2905 {
2906         int i, alloced = 0;
2907
2908         spin_lock(&zone->lock);
2909         for (i = 0; i < count; ++i) {
2910                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2911                                                                 alloc_flags);
2912                 if (unlikely(page == NULL))
2913                         break;
2914
2915                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2916                         continue;
2917
2918                 /*
2919                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2920                  * physical page order. The page is added to the tail of
2921                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2922                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2923                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2924                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2925                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2926                  * pages are ordered properly.
2927                  */
2928                 list_add_tail(&page->lru, list);
2929                 alloced++;
2930                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2931                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2932                                               -(1 << order));
2933         }
2934
2935         /*
2936          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2937          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2938          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2939          * pages added to the pcp list.
2940          */
2941         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2942         spin_unlock(&zone->lock);
2943         return alloced;
2944 }
2945
2946 #ifdef CONFIG_NUMA
2947 /*
2948  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2949  * currently executing processor on remote nodes after they have
2950  * expired.
2951  *
2952  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2953  * a single processor.
2954  */
2955 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2956 {
2957         unsigned long flags;
2958         int to_drain, batch;
2959
2960         local_irq_save(flags);
2961         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2962         to_drain = min(pcp->count, batch);
2963         if (to_drain > 0)
2964                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2965         local_irq_restore(flags);
2966 }
2967 #endif
2968
2969 /*
2970  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2971  *
2972  * The processor must either be the current processor and the
2973  * thread pinned to the current processor or a processor that
2974  * is not online.
2975  */
2976 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2977 {
2978         unsigned long flags;
2979         struct per_cpu_pageset *pset;
2980         struct per_cpu_pages *pcp;
2981
2982         local_irq_save(flags);
2983         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2984
2985         pcp = &pset->pcp;
2986         if (pcp->count)
2987                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2988         local_irq_restore(flags);
2989 }
2990
2991 /*
2992  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2993  *
2994  * The processor must either be the current processor and the
2995  * thread pinned to the current processor or a processor that
2996  * is not online.
2997  */
2998 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2999 {
3000         struct zone *zone;
3001
3002         for_each_populated_zone(zone) {
3003                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3004         }
3005 }
3006
3007 /*
3008  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3009  *
3010  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3011  * the single zone's pages.
3012  */
3013 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3014 {
3015         int cpu = smp_processor_id();
3016
3017         if (zone)
3018                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3019         else
3020                 drain_pages(cpu);
3021 }
3022
3023 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3024 {
3025         struct pcpu_drain *drain;
3026
3027         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3028
3029         /*
3030          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3031          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3032          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3033          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3034          * a different one.
3035          */
3036         preempt_disable();
3037         drain_local_pages(drain->zone);
3038         preempt_enable();
3039 }
3040
3041 /*
3042  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3043  * drain on all cpus.
3044  *
3045  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3046  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3047  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3048  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3049  * optimizing racy check.
3050  */
3051 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3052 {
3053         int cpu;
3054
3055         /*
3056          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3057          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3058          */
3059         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3060
3061         /*
3062          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3063          * initialized.
3064          */
3065         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3066                 return;
3067
3068         /*
3069          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3070          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3071          * the drain to be complete when the call returns.
3072          */
3073         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3074                 if (!zone)
3075                         return;
3076                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3077         }
3078
3079         /*
3080          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3081          * as offline notification will cause the notified
3082          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3083          * disables preemption as part of its processing
3084          */
3085         for_each_online_cpu(cpu) {
3086                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3087                 struct zone *z;
3088                 bool has_pcps = false;
3089
3090                 if (force_all_cpus) {
3091                         /*
3092                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3093                          * guarantee that no cpu is missed.
3094                          */
3095                         has_pcps = true;
3096                 } else if (zone) {
3097                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3098                         if (pcp->pcp.count)
3099                                 has_pcps = true;
3100                 } else {
3101                         for_each_populated_zone(z) {
3102                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3103                                 if (pcp->pcp.count) {
3104                                         has_pcps = true;
3105                                         break;
3106                                 }
3107                         }
3108                 }
3109
3110                 if (has_pcps)
3111                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3112                 else
3113                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3114         }
3115
3116         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3117                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3118
3119                 drain->zone = zone;
3120                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3121                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3122         }
3123         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3124                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3125
3126         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3131  *
3132  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3133  *
3134  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3135  */
3136 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3137 {
3138         __drain_all_pages(zone, false);
3139 }
3140
3141 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3142
3143 /*
3144  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3145  */
3146 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3147
3148 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3149 {
3150         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3151         unsigned long flags;
3152         unsigned int order, t;
3153         struct page *page;
3154
3155         if (zone_is_empty(zone))
3156                 return;
3157
3158         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3159
3160         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3161         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3162                 if (pfn_valid(pfn)) {
3163                         page = pfn_to_page(pfn);
3164
3165                         if (!--page_count) {
3166                                 touch_nmi_watchdog();
3167                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3168                         }
3169
3170                         if (page_zone(page) != zone)
3171                                 continue;
3172
3173                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3174                                 swsusp_unset_page_free(page);
3175                 }
3176
3177         for_each_migratetype_order(order, t) {
3178                 list_for_each_entry(page,
3179                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3180                         unsigned long i;
3181
3182                         pfn = page_to_pfn(page);
3183                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3184                                 if (!--page_count) {
3185                                         touch_nmi_watchdog();
3186                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3187                                 }
3188                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3189                         }
3190                 }
3191         }
3192         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3193 }
3194 #endif /* CONFIG_PM */
3195
3196 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3197 {
3198         int migratetype;
3199
3200         if (!free_pcp_prepare(page))
3201                 return false;
3202
3203         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3204         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3205         return true;
3206 }
3207
3208 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3209 {
3210         struct zone *zone = page_zone(page);
3211         struct per_cpu_pages *pcp;
3212         int migratetype;
3213
3214         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3215         __count_vm_event(PGFREE);
3216
3217         /*
3218          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3219          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3220          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3221          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3222          * excessively into the page allocator
3223          */
3224         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3225                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3226                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3227                                       FPI_NONE);
3228                         return;
3229                 }
3230                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3231         }
3232
3233         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3234         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3235         pcp->count++;
3236         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3237                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3238 }
3239
3240 /*
3241  * Free a 0-order page
3242  */
3243 void free_unref_page(struct page *page)
3244 {
3245         unsigned long flags;
3246         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3247
3248         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3249                 return;
3250
3251         local_irq_save(flags);
3252         free_unref_page_commit(page, pfn);
3253         local_irq_restore(flags);
3254 }
3255
3256 /*
3257  * Free a list of 0-order pages
3258  */
3259 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3260 {
3261         struct page *page, *next;
3262         unsigned long flags, pfn;
3263         int batch_count = 0;
3264
3265         /* Prepare pages for freeing */
3266         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3267                 pfn = page_to_pfn(page);
3268                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3269                         list_del(&page->lru);
3270                 set_page_private(page, pfn);
3271         }
3272
3273         local_irq_save(flags);
3274         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3275                 unsigned long pfn = page_private(page);
3276
3277                 set_page_private(page, 0);
3278                 trace_mm_page_free_batched(page);
3279                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3280
3281                 /*
3282                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3283                  * a large list of pages to free.
3284                  */
3285                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3286                         local_irq_restore(flags);
3287                         batch_count = 0;
3288                         local_irq_save(flags);
3289                 }
3290         }
3291         local_irq_restore(flags);
3292 }
3293
3294 /*
3295  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3296  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3297  * Each sub-page must be freed individually.
3298  *
3299  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3300  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3301  */
3302 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3303 {
3304         int i;
3305
3306         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3307         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3308
3309         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3310                 set_page_refcounted(page + i);
3311         split_page_owner(page, 1 << order);
3312 }
3313 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3314
3315 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3316 {
3317         unsigned long watermark;
3318         struct zone *zone;
3319         int mt;
3320
3321         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3322
3323         zone = page_zone(page);
3324         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3325
3326         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3327                 /*
3328                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3329                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3330                  * watermark, because we already know our high-order page
3331                  * exists.
3332                  */
3333                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3334                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3335                         return 0;
3336
3337                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3338         }
3339
3340         /* Remove page from free list */
3341
3342         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3343
3344         /*
3345          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3346          * pageblock
3347          */
3348         if (order >= pageblock_order - 1) {
3349                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3350                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3351                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3352                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3353                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3354                                 set_pageblock_migratetype(page,
3355                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3356                 }
3357         }
3358
3359
3360         return 1UL << order;
3361 }
3362
3363 /**
3364  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3365  * @page: Page that was isolated
3366  * @order: Order of the isolated page
3367  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3368  *
3369  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3370  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3371  */
3372 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3373 {
3374         struct zone *zone = page_zone(page);
3375
3376         /* zone lock should be held when this function is called */
3377         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3378
3379         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3380         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3381                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3382 }
3383
3384 /*
3385  * Update NUMA hit/miss statistics
3386  *
3387  * Must be called with interrupts disabled.
3388  */
3389 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3390 {
3391 #ifdef CONFIG_NUMA
3392         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3393
3394         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3395         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3396                 return;
3397
3398         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3399                 local_stat = NUMA_OTHER;
3400
3401         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3402                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3403         else {
3404                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3405                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3406         }
3407         __inc_numa_state(z, local_stat);
3408 #endif
3409 }
3410
3411 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3412 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3413                         unsigned int alloc_flags,
3414                         struct per_cpu_pages *pcp,
3415                         struct list_head *list)
3416 {
3417         struct page *page;
3418
3419         do {
3420                 if (list_empty(list)) {
3421                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3422                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3423                                         migratetype, alloc_flags);
3424                         if (unlikely(list_empty(list)))
3425                                 return NULL;
3426                 }
3427
3428                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3429                 list_del(&page->lru);
3430                 pcp->count--;
3431         } while (check_new_pcp(page));
3432
3433         return page;
3434 }
3435
3436 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3437 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3438                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3439                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3440 {
3441         struct per_cpu_pages *pcp;
3442         struct list_head *list;
3443         struct page *page;
3444         unsigned long flags;
3445
3446         local_irq_save(flags);
3447         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3448         list = &pcp->lists[migratetype];
3449         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3450         if (page) {
3451                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3452                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3453         }
3454         local_irq_restore(flags);
3455         return page;
3456 }
3457
3458 /*
3459  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3460  */
3461 static inline
3462 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3463                         struct zone *zone, unsigned int order,
3464                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3465                         int migratetype)
3466 {
3467         unsigned long flags;
3468         struct page *page;
3469
3470         if (likely(order == 0)) {
3471                 /*
3472                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3473                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3474                  */
3475                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3476                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3477                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3478                                         migratetype, alloc_flags);
3479                         goto out;
3480                 }
3481         }
3482
3483         /*
3484          * We most definitely don't want callers attempting to
3485          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3486          */
3487         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3488         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3489
3490         do {
3491                 page = NULL;
3492                 /*
3493                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3494                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3495                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3496                  * request should skip it.
3497                  */
3498                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3499                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3500                         if (page)
3501                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3502                 }
3503                 if (!page)
3504                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3505         } while (page && check_new_pages(page, order));
3506         spin_unlock(&zone->lock);
3507         if (!page)
3508                 goto failed;
3509         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3510                                   get_pcppage_migratetype(page));
3511
3512         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3513         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3514         local_irq_restore(flags);
3515
3516 out:
3517         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3518         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3519                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3520                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3521         }
3522
3523         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3524         return page;
3525
3526 failed:
3527         local_irq_restore(flags);
3528         return NULL;
3529 }
3530
3531 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3532
3533 static struct {
3534         struct fault_attr attr;
3535
3536         bool ignore_gfp_highmem;
3537         bool ignore_gfp_reclaim;
3538         u32 min_order;
3539 } fail_page_alloc = {
3540         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3541         .ignore_gfp_reclaim = true,
3542         .ignore_gfp_highmem = true,
3543         .min_order = 1,
3544 };
3545
3546 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3547 {
3548         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3549 }
3550 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3551
3552 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3553 {
3554         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3555                 return false;
3556         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3557                 return false;
3558         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3559                 return false;
3560         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3561                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3562                 return false;
3563
3564         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3565 }
3566
3567 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3568
3569 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3570 {
3571         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3572         struct dentry *dir;
3573
3574         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3575                                         &fail_page_alloc.attr);
3576
3577         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3578                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3579         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3580                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3581         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3582
3583         return 0;
3584 }
3585
3586 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3587
3588 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3589
3590 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3591
3592 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3593 {
3594         return false;
3595 }
3596
3597 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3598
3599 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3600 {
3601         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3602 }
3603 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3604
3605 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3606                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3607 {
3608         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3609         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3610
3611         /*
3612          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3613          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3614          * atomic reserve but it avoids a search.
3615          */
3616         if (likely(!alloc_harder))
3617                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3618
3619 #ifdef CONFIG_CMA
3620         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3621         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3622                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3623 #endif
3624
3625         return unusable_free;
3626 }
3627
3628 /*
3629  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3630  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3631  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3632  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3633  */
3634 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3635                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3636                          long free_pages)
3637 {
3638         long min = mark;
3639         int o;
3640         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3641
3642         /* free_pages may go negative - that's OK */
3643         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3644
3645         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3646                 min -= min / 2;
3647
3648         if (unlikely(alloc_harder)) {
3649                 /*
3650                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3651                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3652                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3653                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3654                  */
3655                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3656                         min -= min / 2;
3657                 else
3658                         min -= min / 4;
3659         }
3660
3661         /*
3662          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3663          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3664          * even if a suitable page happened to be free.
3665          */
3666         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3667                 return false;
3668
3669         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3670         if (!order)
3671                 return true;
3672
3673         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3674         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3675                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3676                 int mt;
3677
3678                 if (!area->nr_free)
3679                         continue;
3680
3681                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3682                         if (!free_area_empty(area, mt))
3683                                 return true;
3684                 }
3685
3686 #ifdef CONFIG_CMA
3687                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3688                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3689                         return true;
3690                 }
3691 #endif
3692                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3693                         return true;
3694         }
3695         return false;
3696 }
3697
3698 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3699                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3700 {
3701         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3702                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3703 }
3704
3705 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3706                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3707                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3708 {
3709         long free_pages;
3710
3711         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3712
3713         /*
3714          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3715          * need to be calculated.
3716          */
3717         if (!order) {
3718                 long fast_free;
3719
3720                 fast_free = free_pages;
3721                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3722                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3723                         return true;
3724         }
3725
3726         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3727                                         free_pages))
3728                 return true;
3729         /*
3730          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3731          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3732          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3733          * when below the low watermark.
3734          */
3735         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3736                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3737                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3738                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3739                                         alloc_flags, free_pages);
3740         }
3741
3742         return false;
3743 }
3744
3745 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3746                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3747 {
3748         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3749
3750         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3751                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3752
3753         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3754                                                                 free_pages);
3755 }
3756
3757 #ifdef CONFIG_NUMA
3758 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3759 {
3760         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3761                                 node_reclaim_distance;
3762 }
3763 #else   /* CONFIG_NUMA */
3764 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3765 {
3766         return true;
3767 }
3768 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3769
3770 /*
3771  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3772  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3773  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3774  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3775  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3776  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3777  */
3778 static inline unsigned int
3779 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3780 {
3781         unsigned int alloc_flags;
3782
3783         /*
3784          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3785          * to save a branch.
3786          */
3787         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3788
3789 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3790         if (!zone)
3791                 return alloc_flags;
3792
3793         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3794                 return alloc_flags;
3795
3796         /*
3797          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3798          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3799          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3800          */
3801         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3802         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3803                 return alloc_flags;
3804
3805         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3806 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3807         return alloc_flags;
3808 }
3809
3810 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3811                                         unsigned int alloc_flags)
3812 {
3813 #ifdef CONFIG_CMA
3814         unsigned int pflags = current->flags;
3815
3816         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3817                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3818                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3819
3820 #endif
3821         return alloc_flags;
3822 }
3823
3824 /*
3825  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3826  * a page.
3827  */
3828 static struct page *
3829 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3830                                                 const struct alloc_context *ac)
3831 {
3832         struct zoneref *z;
3833         struct zone *zone;
3834         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3835         bool no_fallback;
3836
3837 retry:
3838         /*
3839          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3840          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3841          */
3842         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3843         z = ac->preferred_zoneref;
3844         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3845                                         ac->nodemask) {
3846                 struct page *page;
3847                 unsigned long mark;
3848
3849                 if (cpusets_enabled() &&
3850                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3851                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3852                                 continue;
3853                 /*
3854                  * When allocating a page cache page for writing, we
3855                  * want to get it from a node that is within its dirty
3856                  * limit, such that no single node holds more than its
3857                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3858                  * The dirty limits take into account the node's
3859                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3860                  * should be able to balance it without having to
3861                  * write pages from its LRU list.
3862                  *
3863                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3864                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3865                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3866                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3867                  * nodes are together not big enough to reach the
3868                  * global limit.  The proper fix for these situations
3869                  * will require awareness of nodes in the
3870                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3871                  */
3872                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3873                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3874                                 continue;
3875
3876                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3877                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3878                                 continue;
3879                         }
3880                 }
3881
3882                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3883                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3884                         int local_nid;
3885
3886                         /*
3887                          * If moving to a remote node, retry but allow
3888                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3889                          * than fragmentation avoidance.
3890                          */
3891                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3892                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3893                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3894                                 goto retry;
3895                         }
3896                 }
3897
3898                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3899                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3900                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3901                                        gfp_mask)) {
3902                         int ret;
3903
3904 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3905                         /*
3906                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3907                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3908                          */
3909                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3910                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3911                                         goto try_this_zone;
3912                         }
3913 #endif
3914                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3915                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3916                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3917                                 goto try_this_zone;
3918
3919                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3920                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3921                                 continue;
3922
3923                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3924                         switch (ret) {
3925                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3926                                 /* did not scan */
3927                                 continue;
3928                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3929                                 /* scanned but unreclaimable */
3930                                 continue;
3931                         default:
3932                                 /* did we reclaim enough */
3933                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3934                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3935                                         goto try_this_zone;
3936
3937                                 continue;
3938                         }
3939                 }
3940
3941 try_this_zone:
3942                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3943                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3944                 if (page) {
3945                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3946
3947                         /*
3948                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3949                          * if the pageblock should be reserved for the future
3950                          */
3951                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3952                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3953
3954                         return page;
3955                 } else {
3956 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3957                         /* Try again if zone has deferred pages */
3958                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3959                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3960                                         goto try_this_zone;
3961                         }
3962 #endif
3963                 }
3964         }
3965
3966         /*
3967          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3968          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3969          */
3970         if (no_fallback) {
3971                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3972                 goto retry;
3973         }
3974
3975         return NULL;
3976 }
3977
3978 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3979 {
3980         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3981
3982         /*
3983          * This documents exceptions given to allocations in certain
3984          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3985          * of allowed nodes.
3986          */
3987         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3988                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3989                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3990                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3991         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3992                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3993
3994         show_mem(filter, nodemask);
3995 }
3996
3997 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3998 {
3999         struct va_format vaf;
4000         va_list args;
4001         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4002
4003         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4004                 return;
4005
4006         va_start(args, fmt);
4007         vaf.fmt = fmt;
4008         vaf.va = &args;
4009         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4010                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4011                         nodemask_pr_args(nodemask));
4012         va_end(args);
4013
4014         cpuset_print_current_mems_allowed();
4015         pr_cont("\n");
4016         dump_stack();
4017         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4018 }
4019
4020 static inline struct page *
4021 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4022                               unsigned int alloc_flags,
4023                               const struct alloc_context *ac)
4024 {
4025         struct page *page;
4026
4027         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4028                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4029         /*
4030          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4031          * are depleted
4032          */
4033         if (!page)
4034                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4035                                 alloc_flags, ac);
4036
4037         return page;
4038 }
4039
4040 static inline struct page *
4041 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4042         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4043 {
4044         struct oom_control oc = {
4045                 .zonelist = ac->zonelist,
4046                 .nodemask = ac->nodemask,
4047                 .memcg = NULL,
4048                 .gfp_mask = gfp_mask,
4049                 .order = order,
4050         };
4051         struct page *page;
4052
4053         *did_some_progress = 0;
4054
4055         /*
4056          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4057          * making progress for us.
4058          */
4059         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4060                 *did_some_progress = 1;
4061                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4062                 return NULL;
4063         }
4064
4065         /*
4066          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4067          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4068          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4069          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4070          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4071          */
4072         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4073                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4074                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4075         if (page)
4076                 goto out;
4077
4078         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4079         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4080                 goto out;
4081         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4082         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4083                 goto out;
4084         /*
4085          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4086          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4087          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4088          * fallback than shooting a random task.
4089          *
4090          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4091          */
4092         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4093                 goto out;
4094         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4095         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4096                 goto out;
4097         if (pm_suspended_storage())
4098                 goto out;
4099         /*
4100          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4101          * other request to make a forward progress.
4102          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4103          * do much for this context but let's try it to at least get
4104          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4105          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4106          * failures more gracefully we should just bail out here.
4107          */
4108
4109         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4110         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4111                 *did_some_progress = 1;
4112
4113                 /*
4114                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4115                  * reserves
4116                  */
4117                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4118                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4119                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4120         }
4121 out:
4122         mutex_unlock(&oom_lock);
4123         return page;
4124 }
4125
4126 /*
4127  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4128  * killer is consider as the only way to move forward.
4129  */
4130 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4131
4132 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4133 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4134 static struct page *
4135 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4136                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4137                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4138 {
4139         struct page *page = NULL;
4140         unsigned long pflags;
4141         unsigned int noreclaim_flag;
4142
4143         if (!order)
4144                 return NULL;
4145
4146         psi_memstall_enter(&pflags);
4147         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4148
4149         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4150                                                                 prio, &page);
4151
4152         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4153         psi_memstall_leave(&pflags);
4154
4155         /*
4156          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4157          * count a compaction stall
4158          */
4159         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4160
4161         /* Prep a captured page if available */
4162         if (page)
4163                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4164
4165         /* Try get a page from the freelist if available */
4166         if (!page)
4167                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4168
4169         if (page) {
4170                 struct zone *zone = page_zone(page);
4171
4172                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4173                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4174                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4175                 return page;
4176         }
4177
4178         /*
4179          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4180          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4181          */
4182         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4183
4184         cond_resched();
4185
4186         return NULL;
4187 }
4188
4189 static inline bool
4190 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4191                      enum compact_result compact_result,
4192                      enum compact_priority *compact_priority,
4193                      int *compaction_retries)
4194 {
4195         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4196         int min_priority;
4197         bool ret = false;
4198         int retries = *compaction_retries;
4199         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4200
4201         if (!order)
4202                 return false;
4203
4204         if (compaction_made_progress(compact_result))
4205                 (*compaction_retries)++;
4206
4207         /*
4208          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4209          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4210          * failure could be caused by insufficient priority
4211          */
4212         if (compaction_failed(compact_result))
4213                 goto check_priority;
4214
4215         /*
4216          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4217          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4218          */
4219         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4220                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4221                 goto out;
4222         }
4223
4224         /*
4225          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4226          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4227          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4228          * we don't just keep bailing out endlessly.
4229          */
4230         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4231                 goto check_priority;
4232         }
4233
4234         /*
4235          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4236          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4237          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4238          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4239          * would need much more detailed feedback from compaction to
4240          * make a better decision.
4241          */
4242         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4243                 max_retries /= 4;
4244         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4245                 ret = true;
4246                 goto out;
4247         }
4248
4249         /*
4250          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4251          * all retries or failed at the lower priorities.
4252          */
4253 check_priority:
4254         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4255                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4256
4257         if (*compact_priority > min_priority) {
4258                 (*compact_priority)--;
4259                 *compaction_retries = 0;
4260                 ret = true;
4261         }
4262 out:
4263         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4264         return ret;
4265 }
4266 #else
4267 static inline struct page *
4268 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4269                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4270                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4271 {
4272         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4273         return NULL;
4274 }
4275
4276 static inline bool
4277 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4278                      enum compact_result compact_result,
4279                      enum compact_priority *compact_priority,
4280                      int *compaction_retries)
4281 {
4282         struct zone *zone;
4283         struct zoneref *z;
4284
4285         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4286                 return false;
4287
4288         /*
4289          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4290          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4291          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4292          * watermarks are OK.
4293          */
4294         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4295                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4296                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4297                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4298                         return true;
4299         }
4300         return false;
4301 }
4302 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4303
4304 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4305 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4306         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4307
4308 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4309 {
4310         /* no reclaim without waiting on it */
4311         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4312                 return false;
4313
4314         /* this guy won't enter reclaim */
4315         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4316                 return false;
4317
4318         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4319                 return false;
4320
4321         return true;
4322 }
4323
4324 void __fs_reclaim_acquire(void)
4325 {
4326         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4327 }
4328
4329 void __fs_reclaim_release(void)
4330 {
4331         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4332 }
4333
4334 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4335 {
4336         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4337
4338         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4339                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4340                         __fs_reclaim_acquire();
4341
4342 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4343                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4344                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4345 #endif
4346
4347         }
4348 }
4349 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4350
4351 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4352 {
4353         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4354
4355         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4356                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4357                         __fs_reclaim_release();
4358         }
4359 }
4360 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4361 #endif
4362
4363 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4364 static unsigned long
4365 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4366                                         const struct alloc_context *ac)
4367 {
4368         unsigned int noreclaim_flag;
4369         unsigned long pflags, progress;
4370
4371         cond_resched();
4372
4373         /* We now go into synchronous reclaim */
4374         cpuset_memory_pressure_bump();
4375         psi_memstall_enter(&pflags);
4376         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4377         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4378
4379         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4380                                                                 ac->nodemask);
4381
4382         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4383         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4384         psi_memstall_leave(&pflags);
4385
4386         cond_resched();
4387
4388         return progress;
4389 }
4390
4391 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4392 static inline struct page *
4393 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4394                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4395                 unsigned long *did_some_progress)
4396 {
4397         struct page *page = NULL;
4398         bool drained = false;
4399
4400         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4401         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4402                 return NULL;
4403
4404 retry:
4405         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4406
4407         /*
4408          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4409          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4410          * Shrink them and try again
4411          */
4412         if (!page && !drained) {
4413                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4414                 drain_all_pages(NULL);
4415                 drained = true;
4416                 goto retry;
4417         }
4418
4419         return page;
4420 }
4421
4422 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4423                              const struct alloc_context *ac)
4424 {
4425         struct zoneref *z;
4426         struct zone *zone;
4427         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4428         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4429
4430         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4431                                         ac->nodemask) {
4432                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4433                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4434                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4435         }
4436 }
4437
4438 static inline unsigned int
4439 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4440 {
4441         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4442
4443         /*
4444          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4445          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4446          * to save two branches.
4447          */
4448         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4449         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4450
4451         /*
4452          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4453          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4454          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4455          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4456          */
4457         alloc_flags |= (__force int)
4458                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4459
4460         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4461                 /*
4462                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4463                  * if it can't schedule.
4464                  */
4465                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4466                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4467                 /*
4468                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4469                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4470                  */
4471                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4472         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4473                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4474
4475         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4476
4477         return alloc_flags;
4478 }
4479
4480 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4481 {
4482         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4483                 return false;
4484
4485         /*
4486          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4487          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4488          */
4489         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4490                 return false;
4491
4492         return true;
4493 }
4494
4495 /*
4496  * Distinguish requests which really need access to full memory
4497  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4498  */
4499 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4500 {
4501         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4502                 return 0;
4503         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4504                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4505         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4506                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4507         if (!in_interrupt()) {
4508                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4509                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4510                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4511                         return ALLOC_OOM;
4512         }
4513
4514         return 0;
4515 }
4516
4517 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4518 {
4519         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4520 }
4521
4522 /*
4523  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4524  * for the given allocation request.
4525  *
4526  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4527  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4528  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4529  *
4530  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4531  */
4532 static inline bool
4533 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4534                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4535                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4536 {
4537         struct zone *zone;
4538         struct zoneref *z;
4539         bool ret = false;
4540
4541         /*
4542          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4543          * their order will become available due to high fragmentation so
4544          * always increment the no progress counter for them
4545          */
4546         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4547                 *no_progress_loops = 0;
4548         else
4549                 (*no_progress_loops)++;
4550
4551         /*
4552          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4553          * several times in the row.
4554          */
4555         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4556                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4557                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4558         }
4559
4560         /*
4561          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4562          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4563          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4564          * screwed and have to go OOM.
4565          */
4566         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4567                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4568                 unsigned long available;
4569                 unsigned long reclaimable;
4570                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4571                 bool wmark;
4572
4573                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4574                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4575
4576                 /*
4577                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4578                  * reclaimable pages?
4579                  */
4580                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4581                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4582                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4583                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4584                 if (wmark) {
4585                         /*
4586                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4587                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4588                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4589                          * prevent from pre mature OOM
4590                          */
4591                         if (!did_some_progress) {
4592                                 unsigned long write_pending;
4593
4594                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4595                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4596
4597                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4598                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4599                                         return true;
4600                                 }
4601                         }
4602
4603                         ret = true;
4604                         goto out;
4605                 }
4606         }
4607
4608 out:
4609         /*
4610          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4611          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4612          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4613          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4614          * here rather than calling cond_resched().
4615          */
4616         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4617                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4618         else
4619                 cond_resched();
4620         return ret;
4621 }
4622
4623 static inline bool
4624 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4625 {
4626         /*
4627          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4628          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4629          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4630          * such a way the check therein was true, and then it became false
4631          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4632          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4633          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4634          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4635          * caller can deal with a violated nodemask.
4636          */
4637         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4638                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4639                 ac->nodemask = NULL;
4640                 return true;
4641         }
4642
4643         /*
4644          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4645          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4646          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4647          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4648          * retry.
4649          */
4650         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4651                 return true;
4652
4653         return false;
4654 }
4655
4656 static inline struct page *
4657 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4658                                                 struct alloc_context *ac)
4659 {
4660         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4661         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4662         struct page *page = NULL;
4663         unsigned int alloc_flags;
4664         unsigned long did_some_progress;
4665         enum compact_priority compact_priority;
4666         enum compact_result compact_result;
4667         int compaction_retries;
4668         int no_progress_loops;
4669         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4670         int reserve_flags;
4671
4672         /*
4673          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4674          * callers that are not in atomic context.
4675          */
4676         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4677                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4678                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4679
4680 retry_cpuset:
4681         compaction_retries = 0;
4682         no_progress_loops = 0;
4683         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4684         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4685
4686         /*
4687          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4688          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4689          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4690          */
4691         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4692
4693         /*
4694          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4695          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4696          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4697          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4698          */
4699         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4700                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4701         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4702                 goto nopage;
4703
4704         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4705                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4706
4707         /*
4708          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4709          * that first
4710          */
4711         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4712         if (page)
4713                 goto got_pg;
4714
4715         /*
4716          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4717          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4718          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4719          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4720          * same migratetype.
4721          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4722          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4723          */
4724         if (can_direct_reclaim &&
4725                         (costly_order ||
4726                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4727                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4728                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4729                                                 alloc_flags, ac,
4730                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4731                                                 &compact_result);
4732                 if (page)
4733                         goto got_pg;
4734
4735                 /*
4736                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4737                  * includes some THP page fault allocations
4738                  */
4739                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4740                         /*
4741                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4742                          * failed because all zones are below low watermarks
4743                          * or is prohibited because it recently failed at this
4744                          * order, fail immediately unless the allocator has
4745                          * requested compaction and reclaim retry.
4746                          *
4747                          * Reclaim is
4748                          *  - potentially very expensive because zones are far
4749                          *    below their low watermarks or this is part of very
4750                          *    bursty high order allocations,
4751                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4752                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4753                          *    linear scan, and
4754                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4755                          *    own.
4756                          */
4757                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4758                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4759                                 goto nopage;
4760
4761                         /*
4762                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4763                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4764                          * using async compaction.
4765                          */
4766                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4767                 }
4768         }
4769
4770 retry:
4771         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4772         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4773                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4774
4775         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4776         if (reserve_flags)
4777                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4778
4779         /*
4780          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4781          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4782          * user oriented.
4783          */
4784         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4785                 ac->nodemask = NULL;
4786                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4787                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4788         }
4789
4790         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4791         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4792         if (page)
4793                 goto got_pg;
4794
4795         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4796         if (!can_direct_reclaim)
4797                 goto nopage;
4798
4799         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4800         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4801                 goto nopage;
4802
4803         /* Try direct reclaim and then allocating */
4804         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4805                                                         &did_some_progress);
4806         if (page)
4807                 goto got_pg;
4808
4809         /* Try direct compaction and then allocating */
4810         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4811                                         compact_priority, &compact_result);
4812         if (page)
4813                 goto got_pg;
4814
4815         /* Do not loop if specifically requested */
4816         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4817                 goto nopage;
4818
4819         /*
4820          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4821          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4822          */
4823         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4824                 goto nopage;
4825
4826         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4827                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4828                 goto retry;
4829
4830         /*
4831          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4832          * reclaim is not able to make any progress because the current
4833          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4834          * of free memory (see __compaction_suitable)
4835          */
4836         if (did_some_progress > 0 &&
4837                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4838                                 compact_result, &compact_priority,
4839                                 &compaction_retries))
4840                 goto retry;
4841
4842
4843         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4844         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4845                 goto retry_cpuset;
4846
4847         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4848         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4849         if (page)
4850                 goto got_pg;
4851
4852         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4853         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4854             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4855              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4856                 goto nopage;
4857
4858         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4859         if (did_some_progress) {
4860                 no_progress_loops = 0;
4861                 goto retry;
4862         }
4863
4864 nopage:
4865         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4866         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4867                 goto retry_cpuset;
4868
4869         /*
4870          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4871          * we always retry
4872          */
4873         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4874                 /*
4875                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4876                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4877                  */
4878                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4879                         goto fail;
4880
4881                 /*
4882                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4883                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4884                  * for somebody to do a work for us
4885                  */
4886                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4887
4888                 /*
4889                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4890                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4891                  * so that we can identify them and convert them to something
4892                  * else.
4893                  */
4894                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4895
4896                 /*
4897                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4898                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4899                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4900                  * the situation worse
4901                  */
4902                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4903                 if (page)
4904                         goto got_pg;
4905
4906                 cond_resched();
4907                 goto retry;
4908         }
4909 fail:
4910         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4911                         "page allocation failure: order:%u", order);
4912 got_pg:
4913         return page;
4914 }
4915
4916 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4917                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4918                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4919                 unsigned int *alloc_flags)
4920 {
4921         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4922         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4923         ac->nodemask = nodemask;
4924         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4925
4926         if (cpusets_enabled()) {
4927                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4928                 /*
4929                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4930                  * to the current task context. It means that any node ok.
4931                  */
4932                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4933                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4934                 else
4935                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4936         }
4937
4938         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4939         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4940
4941         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4942
4943         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4944                 return false;
4945
4946         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4947
4948         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4949         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4950
4951         /*
4952          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4953          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4954          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4955          */
4956         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4957                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4958
4959         return true;
4960 }
4961
4962 /*
4963  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4964  */
4965 struct page *
4966 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4967                                                         nodemask_t *nodemask)
4968 {
4969         struct page *page;
4970         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4971         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4972         struct alloc_context ac = { };
4973
4974         /*
4975          * There are several places where we assume that the order value is sane
4976          * so bail out early if the request is out of bound.
4977          */
4978         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4979                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4980                 return NULL;
4981         }
4982
4983         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4984         alloc_mask = gfp_mask;
4985         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4986                 return NULL;
4987
4988         /*
4989          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4990          * memory until all local zones are considered.
4991          */
4992         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4993
4994         /* First allocation attempt */
4995         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4996         if (likely(page))
4997                 goto out;
4998
4999         /*
5000          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5001          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5002          * from a particular context which has been marked by
5003          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
5004          */
5005         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
5006         ac.spread_dirty_pages = false;
5007
5008         /*
5009          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5010          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5011          */
5012         ac.nodemask = nodemask;
5013
5014         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
5015
5016 out:
5017         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5018             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
5019                 __free_pages(page, order);
5020                 page = NULL;
5021         }
5022
5023         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
5024
5025         return page;
5026 }
5027 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
5028
5029 /*
5030  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5031  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5032  * you need to access high mem.
5033  */
5034 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5035 {
5036         struct page *page;
5037
5038         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5039         if (!page)
5040                 return 0;
5041         return (unsigned long) page_address(page);
5042 }
5043 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5044
5045 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5046 {
5047         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5048 }
5049 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5050
5051 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5052 {
5053         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5054                 free_unref_page(page);
5055         else
5056                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5057 }
5058
5059 /**
5060  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5061  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5062  * @order: The order of the allocation.
5063  *
5064  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5065  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5066  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5067  * than was allocated will probably emit a warning.
5068  *
5069  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5070  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5071  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5072  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5073  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5074  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5075  *
5076  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5077  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5078  */
5079 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5080 {
5081         if (put_page_testzero(page))
5082                 free_the_page(page, order);
5083         else if (!PageHead(page))
5084                 while (order-- > 0)
5085                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5086 }
5087 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5088
5089 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5090 {
5091         if (addr != 0) {
5092                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5093                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5094         }
5095 }
5096
5097 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5098
5099 /*
5100  * Page Fragment:
5101  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5102  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5103  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5104  *
5105  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5106  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5107  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5108  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5109  */
5110 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5111                                              gfp_t gfp_mask)
5112 {
5113         struct page *page = NULL;
5114         gfp_t gfp = gfp_mask;
5115
5116 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5117         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5118                     __GFP_NOMEMALLOC;
5119         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5120                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5121         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5122 #endif
5123         if (unlikely(!page))
5124                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5125
5126         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5127
5128         return page;
5129 }
5130
5131 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5132 {
5133         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5134
5135         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5136                 free_the_page(page, compound_order(page));
5137 }
5138 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5139
5140 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5141                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5142 {
5143         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5144         struct page *page;
5145         int offset;
5146
5147         if (unlikely(!nc->va)) {
5148 refill:
5149                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5150                 if (!page)
5151                         return NULL;
5152
5153 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5154                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5155                 size = nc->size;
5156 #endif
5157                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5158                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5159                  */
5160                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5161
5162                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5163                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5164                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5165                 nc->offset = size;
5166         }
5167
5168         offset = nc->offset - fragsz;
5169         if (unlikely(offset < 0)) {
5170                 page = virt_to_page(nc->va);
5171
5172                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5173                         goto refill;
5174
5175                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5176                         free_the_page(page, compound_order(page));
5177                         goto refill;
5178                 }
5179
5180 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5181                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5182                 size = nc->size;
5183 #endif
5184                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5185                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5186
5187                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5188                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5189                 offset = size - fragsz;
5190         }
5191
5192         nc->pagecnt_bias--;
5193         nc->offset = offset;
5194
5195         return nc->va + offset;
5196 }
5197 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5198
5199 /*
5200  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5201  */
5202 void page_frag_free(void *addr)
5203 {
5204         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5205
5206         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5207                 free_the_page(page, compound_order(page));
5208 }
5209 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5210
5211 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5212                 size_t size)
5213 {
5214         if (addr) {
5215                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5216                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5217
5218                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5219                 while (used < alloc_end) {
5220                         free_page(used);
5221                         used += PAGE_SIZE;
5222                 }
5223         }
5224         return (void *)addr;
5225 }
5226
5227 /**
5228  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5229  * @size: the number of bytes to allocate
5230  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5231  *
5232  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5233  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5234  * allocate memory in power-of-two pages.
5235  *
5236  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5237  *
5238  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5239  *
5240  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5241  */
5242 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5243 {
5244         unsigned int order = get_order(size);
5245         unsigned long addr;
5246
5247         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5248                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5249
5250         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5251         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5252 }
5253 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5254
5255 /**
5256  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5257  *                         pages on a node.
5258  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5259  * @size: the number of bytes to allocate
5260  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5261  *
5262  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5263  * back.
5264  *
5265  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5266  */
5267 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5268 {
5269         unsigned int order = get_order(size);
5270         struct page *p;
5271
5272         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5273                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5274
5275         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5276         if (!p)
5277                 return NULL;
5278         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5279 }
5280
5281 /**
5282  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5283  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5284  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5285  *
5286  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5287  */
5288 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5289 {
5290         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5291         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5292
5293         while (addr < end) {
5294                 free_page(addr);
5295                 addr += PAGE_SIZE;
5296         }
5297 }
5298 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5299
5300 /**
5301  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5302  * @offset: The zone index of the highest zone
5303  *
5304  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5305  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5306  * zone, the number of pages is calculated as:
5307  *
5308  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5309  *
5310  * Return: number of pages beyond high watermark.
5311  */
5312 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5313 {
5314         struct zoneref *z;
5315         struct zone *zone;
5316
5317         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5318         unsigned long sum = 0;
5319
5320         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5321
5322         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5323                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5324                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5325                 if (size > high)
5326                         sum += size - high;
5327         }
5328
5329         return sum;
5330 }
5331
5332 /**
5333  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5334  *
5335  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5336  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5337  *
5338  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5339  * ZONE_NORMAL.
5340  */
5341 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5342 {
5343         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5344 }
5345 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5346
5347 static inline void show_node(struct zone *zone)
5348 {
5349         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5350                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5351 }
5352
5353 long si_mem_available(void)
5354 {
5355         long available;
5356         unsigned long pagecache;
5357         unsigned long wmark_low = 0;
5358         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5359         unsigned long reclaimable;
5360         struct zone *zone;
5361         int lru;
5362
5363         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5364                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5365
5366         for_each_zone(zone)
5367                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5368
5369         /*
5370          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5371          * without causing swapping.
5372          */
5373         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5374
5375         /*
5376          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5377          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5378          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5379          */
5380         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5381         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5382         available += pagecache;
5383
5384         /*
5385          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5386          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5387          * low watermark.
5388          */
5389         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5390                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5391         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5392
5393         if (available < 0)
5394                 available = 0;
5395         return available;
5396 }
5397 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5398
5399 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5400 {
5401         val->totalram = totalram_pages();
5402         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5403         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5404         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5405         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5406         val->freehigh = nr_free_highpages();
5407         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5408 }
5409
5410 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5411
5412 #ifdef CONFIG_NUMA
5413 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5414 {
5415         int zone_type;          /* needs to be signed */
5416         unsigned long managed_pages = 0;
5417         unsigned long managed_highpages = 0;
5418         unsigned long free_highpages = 0;
5419         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5420
5421         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5422                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5423         val->totalram = managed_pages;
5424         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5425         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5426 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5427         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5428                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5429
5430                 if (is_highmem(zone)) {
5431                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5432                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5433                 }
5434         }
5435         val->totalhigh = managed_highpages;
5436         val->freehigh = free_highpages;
5437 #else
5438         val->totalhigh = managed_highpages;
5439         val->freehigh = free_highpages;
5440 #endif
5441         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5442 }
5443 #endif
5444
5445 /*
5446  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5447  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5448  */
5449 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5450 {
5451         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5452                 return false;
5453
5454         /*
5455          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5456          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5457          * have to be precise here.
5458          */
5459         if (!nodemask)
5460                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5461
5462         return !node_isset(nid, *nodemask);
5463 }
5464
5465 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5466
5467 static void show_migration_types(unsigned char type)
5468 {
5469         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5470                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5471                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5472                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5473                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5474 #ifdef CONFIG_CMA
5475                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5476 #endif
5477 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5478                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5479 #endif
5480         };
5481         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5482         char *p = tmp;
5483         int i;
5484
5485         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5486                 if (type & (1 << i))
5487                         *p++ = types[i];
5488         }
5489
5490         *p = '\0';
5491         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5492 }
5493
5494 /*
5495  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5496  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5497  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5498  *
5499  * Bits in @filter:
5500  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5501  *   cpuset.
5502  */
5503 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5504 {
5505         unsigned long free_pcp = 0;
5506         int cpu;
5507         struct zone *zone;
5508         pg_data_t *pgdat;
5509
5510         for_each_populated_zone(zone) {
5511                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5512                         continue;
5513
5514                 for_each_online_cpu(cpu)
5515                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5516         }
5517
5518         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5519                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5520                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5521                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5522                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5523                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5524                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5525                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5526                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5527                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5528                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5529                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5530                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5531                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5532                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5533                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5534                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5535                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5536                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5537                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5538                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5539                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5540                 free_pcp,
5541                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5542
5543         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5544                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5545                         continue;
5546
5547                 printk("Node %d"
5548                         " active_anon:%lukB"
5549                         " inactive_anon:%lukB"
5550                         " active_file:%lukB"
5551                         " inactive_file:%lukB"
5552                         " unevictable:%lukB"
5553                         " isolated(anon):%lukB"
5554                         " isolated(file):%lukB"
5555                         " mapped:%lukB"
5556                         " dirty:%lukB"
5557                         " writeback:%lukB"
5558                         " shmem:%lukB"
5559 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5560                         " shmem_thp: %lukB"
5561                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5562                         " anon_thp: %lukB"
5563 #endif
5564                         " writeback_tmp:%lukB"
5565                         " kernel_stack:%lukB"
5566 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5567                         " shadow_call_stack:%lukB"
5568 #endif
5569                         " pagetables:%lukB"
5570                         " all_unreclaimable? %s"
5571                         "\n",
5572                         pgdat->node_id,
5573                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5574                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5575                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5576                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5577                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5578                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5579                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5580                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5581                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5582                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5583                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5584 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5585                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5586                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5587                                         * HPAGE_PMD_NR),
5588                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5589 #endif
5590                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5591                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5592 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5593                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5594 #endif
5595                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5596                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5597                                 "yes" : "no");
5598         }
5599
5600         for_each_populated_zone(zone) {
5601                 int i;
5602
5603                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5604                         continue;
5605
5606                 free_pcp = 0;
5607                 for_each_online_cpu(cpu)
5608                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5609
5610                 show_node(zone);
5611                 printk(KERN_CONT
5612                         "%s"
5613                         " free:%lukB"
5614                         " min:%lukB"
5615                         " low:%lukB"
5616                         " high:%lukB"
5617                         " reserved_highatomic:%luKB"
5618                         " active_anon:%lukB"
5619                         " inactive_anon:%lukB"
5620                         " active_file:%lukB"
5621                         " inactive_file:%lukB"
5622                         " unevictable:%lukB"
5623                         " writepending:%lukB"
5624                         " present:%lukB"
5625                         " managed:%lukB"
5626                         " mlocked:%lukB"
5627                         " bounce:%lukB"
5628                         " free_pcp:%lukB"
5629                         " local_pcp:%ukB"
5630                         " free_cma:%lukB"
5631                         "\n",
5632                         zone->name,
5633                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5634                         K(min_wmark_pages(zone)),
5635                         K(low_wmark_pages(zone)),
5636                         K(high_wmark_pages(zone)),
5637                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5638                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5639                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5640                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5641                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5642                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5643                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5644                         K(zone->present_pages),
5645                         K(zone_managed_pages(zone)),
5646                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5647                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5648                         K(free_pcp),
5649                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5650                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5651                 printk("lowmem_reserve[]:");
5652                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5653                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5654                 printk(KERN_CONT "\n");
5655         }
5656
5657         for_each_populated_zone(zone) {
5658                 unsigned int order;
5659                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5660                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5661
5662                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5663                         continue;
5664                 show_node(zone);
5665                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5666
5667                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5668                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5669                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5670                         int type;
5671
5672                         nr[order] = area->nr_free;
5673                         total += nr[order] << order;
5674
5675                         types[order] = 0;
5676                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5677                                 if (!free_area_empty(area, type))
5678                                         types[order] |= 1 << type;
5679                         }
5680                 }
5681                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5682                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5683                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5684                                nr[order], K(1UL) << order);
5685                         if (nr[order])
5686                                 show_migration_types(types[order]);
5687                 }
5688                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5689         }
5690
5691         hugetlb_show_meminfo();
5692
5693         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5694
5695         show_swap_cache_info();
5696 }
5697
5698 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5699 {
5700         zoneref->zone = zone;
5701         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5702 }
5703
5704 /*
5705  * Builds allocation fallback zone lists.
5706  *
5707  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5708  */
5709 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5710 {
5711         struct zone *zone;
5712         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5713         int nr_zones = 0;
5714
5715         do {
5716                 zone_type--;
5717                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5718                 if (managed_zone(zone)) {
5719                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5720                         check_highest_zone(zone_type);
5721                 }
5722         } while (zone_type);
5723
5724         return nr_zones;
5725 }
5726
5727 #ifdef CONFIG_NUMA
5728
5729 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5730 {
5731         /*
5732          * We used to support different zonlists modes but they turned
5733          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5734          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5735          * not fail it silently
5736          */
5737         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5738                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5739                 return -EINVAL;
5740         }
5741         return 0;
5742 }
5743
5744 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5745
5746 /*
5747  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5748  */
5749 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5750                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5751 {
5752         if (write)
5753                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5754         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5755 }
5756
5757
5758 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5759 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5760
5761 /**
5762  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5763  * @node: node whose fallback list we're appending
5764  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5765  *
5766  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5767  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5768  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5769  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5770  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5771  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5772  * on them otherwise.
5773  *
5774  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5775  */
5776 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5777 {
5778         int n, val;
5779         int min_val = INT_MAX;
5780         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5781
5782         /* Use the local node if we haven't already */
5783         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5784                 node_set(node, *used_node_mask);
5785                 return node;
5786         }
5787
5788         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5789
5790                 /* Don't want a node to appear more than once */
5791                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5792                         continue;
5793
5794                 /* Use the distance array to find the distance */
5795                 val = node_distance(node, n);
5796
5797                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5798                 val += (n < node);
5799
5800                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5801                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5802                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5803
5804                 /* Slight preference for less loaded node */
5805                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5806                 val += node_load[n];
5807
5808                 if (val < min_val) {
5809                         min_val = val;
5810                         best_node = n;
5811                 }
5812         }
5813
5814         if (best_node >= 0)
5815                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5816
5817         return best_node;
5818 }
5819
5820
5821 /*
5822  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5823  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5824  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5825  */
5826 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5827                 unsigned nr_nodes)
5828 {
5829         struct zoneref *zonerefs;
5830         int i;
5831
5832         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5833
5834         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5835                 int nr_zones;
5836
5837                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5838
5839                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5840                 zonerefs += nr_zones;
5841         }
5842         zonerefs->zone = NULL;
5843         zonerefs->zone_idx = 0;
5844 }
5845
5846 /*
5847  * Build gfp_thisnode zonelists
5848  */
5849 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5850 {
5851         struct zoneref *zonerefs;
5852         int nr_zones;
5853
5854         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5855         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5856         zonerefs += nr_zones;
5857         zonerefs->zone = NULL;
5858         zonerefs->zone_idx = 0;
5859 }
5860
5861 /*
5862  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5863  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5864  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5865  * may still exist in local DMA zone.
5866  */
5867
5868 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5869 {
5870         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5871         int node, load, nr_nodes = 0;
5872         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5873         int local_node, prev_node;
5874
5875         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5876         local_node = pgdat->node_id;
5877         load = nr_online_nodes;
5878         prev_node = local_node;
5879
5880         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5881         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5882                 /*
5883                  * We don't want to pressure a particular node.
5884                  * So adding penalty to the first node in same
5885                  * distance group to make it round-robin.
5886                  */
5887                 if (node_distance(local_node, node) !=
5888                     node_distance(local_node, prev_node))
5889                         node_load[node] = load;
5890
5891                 node_order[nr_nodes++] = node;
5892                 prev_node = node;
5893                 load--;
5894         }
5895
5896         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5897         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5898 }
5899
5900 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5901 /*
5902  * Return node id of node used for "local" allocations.
5903  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5904  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5905  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5906  */
5907 int local_memory_node(int node)
5908 {
5909         struct zoneref *z;
5910
5911         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5912                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5913                                    NULL);
5914         return zone_to_nid(z->zone);
5915 }
5916 #endif
5917
5918 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5919 static void setup_min_slab_ratio(void);
5920 #else   /* CONFIG_NUMA */
5921
5922 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5923 {
5924         int node, local_node;
5925         struct zoneref *zonerefs;
5926         int nr_zones;
5927
5928         local_node = pgdat->node_id;
5929
5930         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5931         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5932         zonerefs += nr_zones;
5933
5934         /*
5935          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5936          * of all the other nodes.
5937          * We don't want to pressure a particular node, so when
5938          * building the zones for node N, we make sure that the
5939          * zones coming right after the local ones are those from
5940          * node N+1 (modulo N)
5941          */
5942         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5943                 if (!node_online(node))
5944                         continue;
5945                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5946                 zonerefs += nr_zones;
5947         }
5948         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5949                 if (!node_online(node))
5950                         continue;
5951                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5952                 zonerefs += nr_zones;
5953         }
5954
5955         zonerefs->zone = NULL;
5956         zonerefs->zone_idx = 0;
5957 }
5958
5959 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5960
5961 /*
5962  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5963  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5964  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5965  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5966  * with interrupts disabled.
5967  *
5968  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5969  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5970  * hotplugged processors.
5971  *
5972  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5973  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5974  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5975  */
5976 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
5977 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5978 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5979 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5980 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5981 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5982
5983 static void __build_all_zonelists(void *data)
5984 {
5985         int nid;
5986         int __maybe_unused cpu;
5987         pg_data_t *self = data;
5988         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5989
5990         spin_lock(&lock);
5991
5992 #ifdef CONFIG_NUMA
5993         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5994 #endif
5995
5996         /*
5997          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5998          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5999          */
6000         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6001                 build_zonelists(self);
6002         } else {
6003                 for_each_online_node(nid) {
6004                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6005
6006                         build_zonelists(pgdat);
6007                 }
6008
6009 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6010                 /*
6011                  * We now know the "local memory node" for each node--
6012                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6013                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6014                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6015                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6016                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6017                  */
6018                 for_each_online_cpu(cpu)
6019                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6020 #endif
6021         }
6022
6023         spin_unlock(&lock);
6024 }
6025
6026 static noinline void __init
6027 build_all_zonelists_init(void)
6028 {
6029         int cpu;
6030
6031         __build_all_zonelists(NULL);
6032
6033         /*
6034          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6035          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6036          * each zone will be allocated later when the per cpu
6037          * allocator is available.
6038          *
6039          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6040          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6041          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6042          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6043          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6044          * (a chicken-egg dilemma).
6045          */
6046         for_each_possible_cpu(cpu)
6047                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6048
6049         mminit_verify_zonelist();
6050         cpuset_init_current_mems_allowed();
6051 }
6052
6053 /*
6054  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6055  *
6056  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6057  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6058  */
6059 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6060 {
6061         unsigned long vm_total_pages;
6062
6063         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6064                 build_all_zonelists_init();
6065         } else {
6066                 __build_all_zonelists(pgdat);
6067                 /* cpuset refresh routine should be here */
6068         }
6069         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6070         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6071         /*
6072          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6073          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6074          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6075          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6076          * disabled and enable it later
6077          */
6078         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6079                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6080         else
6081                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6082
6083         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6084                 nr_online_nodes,
6085                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6086                 vm_total_pages);
6087 #ifdef CONFIG_NUMA
6088         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6089 #endif
6090 }
6091
6092 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6093 static bool __meminit
6094 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6095 {
6096         static struct memblock_region *r;
6097
6098         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6099                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6100                         for_each_mem_region(r) {
6101                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6102                                         break;
6103                         }
6104                 }
6105                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6106                     memblock_is_mirror(r)) {
6107                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6108                         return true;
6109                 }
6110         }
6111         return false;
6112 }
6113
6114 /*
6115  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6116  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6117  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6118  *
6119  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6120  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6121  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6122  */
6123 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6124                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6125                 enum meminit_context context,
6126                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6127 {
6128         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6129         struct page *page;
6130
6131         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6132                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6133
6134 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6135         /*
6136          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6137          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6138          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6139          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6140          * the hotplug lock.
6141          */
6142         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6143                 if (!altmap)
6144                         return;
6145
6146                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6147                         start_pfn += altmap->reserve;
6148                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6149         }
6150 #endif
6151
6152         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6153                 /*
6154                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6155                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6156                  */
6157                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6158                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6159                                 continue;
6160                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6161                                 break;
6162                 }
6163
6164                 page = pfn_to_page(pfn);
6165                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6166                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6167                         __SetPageReserved(page);
6168
6169                 /*
6170                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6171                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6172                  * over the place during system boot.
6173                  */
6174                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6175                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6176                         cond_resched();
6177                 }
6178                 pfn++;
6179         }
6180 }
6181
6182 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6183 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6184                                    unsigned long start_pfn,
6185                                    unsigned long nr_pages,
6186                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6187 {
6188         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6189         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6190         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6191         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6192         unsigned long start = jiffies;
6193         int nid = pgdat->node_id;
6194
6195         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6196                 return;
6197
6198         /*
6199          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6200          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6201          * the end of that region and start processing the device pages.
6202          */
6203         if (altmap) {
6204                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6205                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6206         }
6207
6208         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6209                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6210
6211                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6212
6213                 /*
6214                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6215                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6216                  *
6217                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6218                  * the flag as we are still initializing the pages.
6219                  */
6220                 __SetPageReserved(page);
6221
6222                 /*
6223                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6224                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6225                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6226                  */
6227                 page->pgmap = pgmap;
6228                 page->zone_device_data = NULL;
6229
6230                 /*
6231                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6232                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6233                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6234                  * the address space during boot when many long-lived
6235                  * kernel allocations are made.
6236                  *
6237                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6238                  * because this is done early in section_activate()
6239                  */
6240                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6241                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6242                         cond_resched();
6243                 }
6244         }
6245
6246         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6247                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6248 }
6249
6250 #endif
6251 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6252 {
6253         unsigned int order, t;
6254         for_each_migratetype_order(order, t) {
6255                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6256                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6257         }
6258 }
6259
6260 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6261                                   unsigned long zone,
6262                                   unsigned long range_start_pfn)
6263 {
6264         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6265         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6266         int i;
6267
6268         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6269                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6270                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6271
6272                 if (end_pfn > start_pfn) {
6273                         size = end_pfn - start_pfn;
6274                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, range_end_pfn,
6275                                          MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6276                 }
6277         }
6278 }
6279
6280 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6281 {
6282 #ifdef CONFIG_MMU
6283         int batch;
6284
6285         /*
6286          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6287          * size of the zone.
6288          */
6289         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6290         /* But no more than a meg. */
6291         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6292                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6293         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6294         if (batch < 1)
6295                 batch = 1;
6296
6297         /*
6298          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6299          * of 2 value was found to be more likely to have
6300          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6301          *
6302          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6303          * batches of pages, one task can end up with a lot
6304          * of pages of one half of the possible page colors
6305          * and the other with pages of the other colors.
6306          */
6307         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6308
6309         return batch;
6310
6311 #else
6312         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6313          * conditions.
6314          *
6315          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6316          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6317          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6318          *
6319          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6320          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6321          * can be a significant delay between the individual batches being
6322          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6323          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6324          */
6325         return 0;
6326 #endif
6327 }
6328
6329 /*
6330  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6331  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6332  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6333  *
6334  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6335  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6336  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6337  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6338  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6339  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6340  *
6341  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6342  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6343  * exist).
6344  */
6345 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6346                 unsigned long batch)
6347 {
6348         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6349         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6350 }
6351
6352 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6353 {
6354         struct per_cpu_pages *pcp;
6355         int migratetype;
6356
6357         memset(p, 0, sizeof(*p));
6358
6359         pcp = &p->pcp;
6360         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6361                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6362
6363         /*
6364          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6365          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6366          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6367          * pageset yet.
6368          */
6369         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6370         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6371 }
6372
6373 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6374                 unsigned long batch)
6375 {
6376         struct per_cpu_pageset *p;
6377         int cpu;
6378
6379         for_each_possible_cpu(cpu) {
6380                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6381                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6382         }
6383 }
6384
6385 /*
6386  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6387  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6388  */
6389 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6390 {
6391         unsigned long new_high, new_batch;
6392
6393         if (percpu_pagelist_fraction) {
6394                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6395                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6396                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6397                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6398         } else {
6399                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6400                 new_high = 6 * new_batch;
6401                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6402         }
6403
6404         if (zone->pageset_high == new_high &&
6405             zone->pageset_batch == new_batch)
6406                 return;
6407
6408         zone->pageset_high = new_high;
6409         zone->pageset_batch = new_batch;
6410
6411         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6412 }
6413
6414 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6415 {
6416         struct per_cpu_pageset *p;
6417         int cpu;
6418
6419         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6420         for_each_possible_cpu(cpu) {
6421                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6422                 pageset_init(p);
6423         }
6424
6425         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6426 }
6427
6428 /*
6429  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6430  * Before this call only boot pagesets were available.
6431  */
6432 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6433 {
6434         struct pglist_data *pgdat;
6435         struct zone *zone;
6436         int __maybe_unused cpu;
6437
6438         for_each_populated_zone(zone)
6439                 setup_zone_pageset(zone);
6440
6441 #ifdef CONFIG_NUMA
6442         /*
6443          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6444          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6445          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6446          * the nodes these zones are associated with.
6447          */
6448         for_each_possible_cpu(cpu) {
6449                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6450                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6451                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6452         }
6453 #endif
6454
6455         for_each_online_pgdat(pgdat)
6456                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6457                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6458 }
6459
6460 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6461 {
6462         /*
6463          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6464          * relies on the ability of the linker to provide the
6465          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6466          */
6467         zone->pageset = &boot_pageset;
6468         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6469         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6470
6471         if (populated_zone(zone))
6472                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6473                         zone->name, zone->present_pages,
6474                                          zone_batchsize(zone));
6475 }
6476
6477 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6478                                         unsigned long zone_start_pfn,
6479                                         unsigned long size)
6480 {
6481         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6482         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6483
6484         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6485                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6486
6487         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6488
6489         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6490                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6491                         pgdat->node_id,
6492                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6493                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6494
6495         zone_init_free_lists(zone);
6496         zone->initialized = 1;
6497 }
6498
6499 /**
6500  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6501  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6502  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6503  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6504  *
6505  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6506  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6507  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6508  * PFNs will be 0.
6509  */
6510 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6511                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6512 {
6513         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6514         int i;
6515
6516         *start_pfn = -1UL;
6517         *end_pfn = 0;
6518
6519         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6520                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6521                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6522         }
6523
6524         if (*start_pfn == -1UL)
6525                 *start_pfn = 0;
6526 }
6527
6528 /*
6529  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6530  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6531  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6532  */
6533 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6534 {
6535         int zone_index;
6536         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6537                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6538                         continue;
6539
6540                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6541                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6542                         break;
6543         }
6544
6545         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6546         movable_zone = zone_index;
6547 }
6548
6549 /*
6550  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6551  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6552  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6553  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6554  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6555  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6556  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6557  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6558  */
6559 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6560                                         unsigned long zone_type,
6561                                         unsigned long node_start_pfn,
6562                                         unsigned long node_end_pfn,
6563                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6564                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6565 {
6566         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6567         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6568                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6569                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6570                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6571                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6572                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6573
6574                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6575                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6576                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6577                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6578                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6579
6580                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6581                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6582                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6583         }
6584 }
6585
6586 /*
6587  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6588  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6589  */
6590 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6591                                         unsigned long zone_type,
6592                                         unsigned long node_start_pfn,
6593                                         unsigned long node_end_pfn,
6594                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6595                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6596 {
6597         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6598         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6599         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6600         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6601                 return 0;
6602
6603         /* Get the start and end of the zone */
6604         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6605         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6606         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6607                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6608                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6609
6610         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6611         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6612                 return 0;
6613
6614         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6615         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6616         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6617
6618         /* Return the spanned pages */
6619         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6620 }
6621
6622 /*
6623  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6624  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6625  */
6626 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6627                                 unsigned long range_start_pfn,
6628                                 unsigned long range_end_pfn)
6629 {
6630         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6631         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6632         int i;
6633
6634         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6635                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6636                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6637                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6638         }
6639         return nr_absent;
6640 }
6641
6642 /**
6643  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6644  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6645  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6646  *
6647  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6648  */
6649 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6650                                                         unsigned long end_pfn)
6651 {
6652         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6653 }
6654
6655 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6656 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6657                                         unsigned long zone_type,
6658                                         unsigned long node_start_pfn,
6659                                         unsigned long node_end_pfn)
6660 {
6661         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6662         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6663         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6664         unsigned long nr_absent;
6665
6666         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6667         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6668                 return 0;
6669
6670         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6671         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6672
6673         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6674                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6675                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6676         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6677
6678         /*
6679          * ZONE_MOVABLE handling.
6680          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6681          * and vice versa.
6682          */
6683         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6684                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6685                 struct memblock_region *r;
6686
6687                 for_each_mem_region(r) {
6688                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6689                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6690                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6691                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6692
6693                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6694                             memblock_is_mirror(r))
6695                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6696
6697                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6698                             !memblock_is_mirror(r))
6699                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6700                 }
6701         }
6702
6703         return nr_absent;
6704 }
6705
6706 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6707                                                 unsigned long node_start_pfn,
6708                                                 unsigned long node_end_pfn)
6709 {
6710         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6711         enum zone_type i;
6712
6713         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6714                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6715                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6716                 unsigned long spanned, absent;
6717                 unsigned long size, real_size;
6718
6719                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6720                                                      node_start_pfn,
6721                                                      node_end_pfn,
6722                                                      &zone_start_pfn,
6723                                                      &zone_end_pfn);
6724                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6725                                                    node_start_pfn,
6726                                                    node_end_pfn);
6727
6728                 size = spanned;
6729                 real_size = size - absent;
6730
6731                 if (size)
6732                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6733                 else
6734                         zone->zone_start_pfn = 0;
6735                 zone->spanned_pages = size;
6736                 zone->present_pages = real_size;
6737
6738                 totalpages += size;
6739                 realtotalpages += real_size;
6740         }
6741
6742         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6743         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6744         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6745                                                         realtotalpages);
6746 }
6747
6748 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6749 /*
6750  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6751  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6752  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6753  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6754  * bytes.
6755  */
6756 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6757 {
6758         unsigned long usemapsize;
6759
6760         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6761         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6762         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6763         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6764         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6765
6766         return usemapsize / 8;
6767 }
6768
6769 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6770                                 struct zone *zone,
6771                                 unsigned long zone_start_pfn,
6772                                 unsigned long zonesize)
6773 {
6774         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6775         zone->pageblock_flags = NULL;
6776         if (usemapsize) {
6777                 zone->pageblock_flags =
6778                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6779                                             pgdat->node_id);
6780                 if (!zone->pageblock_flags)
6781                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6782                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6783         }
6784 }
6785 #else
6786 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6787                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6788 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6789
6790 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6791
6792 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6793 void __init set_pageblock_order(void)
6794 {
6795         unsigned int order;
6796
6797         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6798         if (pageblock_order)
6799                 return;
6800
6801         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6802                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6803         else
6804                 order = MAX_ORDER - 1;
6805
6806         /*
6807          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6808          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6809          * powerpc.
6810          */
6811         pageblock_order = order;
6812 }
6813 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6814
6815 /*
6816  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6817  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6818  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6819  * the kernel config
6820  */
6821 void __init set_pageblock_order(void)
6822 {
6823 }
6824
6825 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6826
6827 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6828                                                 unsigned long present_pages)
6829 {
6830         unsigned long pages = spanned_pages;
6831
6832         /*
6833          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6834          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6835          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6836          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6837          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6838          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6839          */
6840         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6841             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6842                 pages = present_pages;
6843
6844         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6845 }
6846
6847 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6848 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6849 {
6850         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6851
6852         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6853         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6854         ds_queue->split_queue_len = 0;
6855 }
6856 #else
6857 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6858 #endif
6859
6860 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6861 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6862 {
6863         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6864 }
6865 #else
6866 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6867 #endif
6868
6869 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6870 {
6871         pgdat_resize_init(pgdat);
6872
6873         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6874         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6875
6876         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6877         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6878
6879         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6880         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6881 }
6882
6883 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6884                                                         unsigned long remaining_pages)
6885 {
6886         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6887         zone_set_nid(zone, nid);
6888         zone->name = zone_names[idx];
6889         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6890         spin_lock_init(&zone->lock);
6891         zone_seqlock_init(zone);
6892         zone_pcp_init(zone);
6893 }
6894
6895 /*
6896  * Set up the zone data structures
6897  * - init pgdat internals
6898  * - init all zones belonging to this node
6899  *
6900  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6901  */
6902 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6903 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6904 {
6905         enum zone_type z;
6906         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6907
6908         pgdat_init_internals(pgdat);
6909         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6910                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6911 }
6912 #endif
6913
6914 /*
6915  * Set up the zone data structures:
6916  *   - mark all pages reserved
6917  *   - mark all memory queues empty
6918  *   - clear the memory bitmaps
6919  *
6920  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6921  * NOTE: this function is only called during early init.
6922  */
6923 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6924 {
6925         enum zone_type j;
6926         int nid = pgdat->node_id;
6927
6928         pgdat_init_internals(pgdat);
6929         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6930
6931         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6932                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6933                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6934                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6935
6936                 size = zone->spanned_pages;
6937                 freesize = zone->present_pages;
6938
6939                 /*
6940                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6941                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6942                  * and per-cpu initialisations
6943                  */
6944                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6945                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6946                         if (freesize >= memmap_pages) {
6947                                 freesize -= memmap_pages;
6948                                 if (memmap_pages)
6949                                         printk(KERN_DEBUG
6950                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6951                                                zone_names[j], memmap_pages);
6952                         } else
6953                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6954                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6955                 }
6956
6957                 /* Account for reserved pages */
6958                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6959                         freesize -= dma_reserve;
6960                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6961                                         zone_names[0], dma_reserve);
6962                 }
6963
6964                 if (!is_highmem_idx(j))
6965                         nr_kernel_pages += freesize;
6966                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6967                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6968                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6969                 nr_all_pages += freesize;
6970
6971                 /*
6972                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6973                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6974                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6975                  */
6976                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6977
6978                 if (!size)
6979                         continue;
6980
6981                 set_pageblock_order();
6982                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6983                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6984                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6985         }
6986 }
6987
6988 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6989 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6990 {
6991         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6992         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6993
6994         /* Skip empty nodes */
6995         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6996                 return;
6997
6998         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6999         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7000         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7001         if (!pgdat->node_mem_map) {
7002                 unsigned long size, end;
7003                 struct page *map;
7004
7005                 /*
7006                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7007                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7008                  * for the buddy allocator to function correctly.
7009                  */
7010                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7011                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7012                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7013                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7014                                           pgdat->node_id);
7015                 if (!map)
7016                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7017                               size, pgdat->node_id);
7018                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7019         }
7020         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7021                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7022                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7023 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7024         /*
7025          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7026          */
7027         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7028                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7029                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7030                         mem_map -= offset;
7031         }
7032 #endif
7033 }
7034 #else
7035 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7036 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7037
7038 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7039 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7040 {
7041         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7042 }
7043 #else
7044 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7045 #endif
7046
7047 static void __init free_area_init_node(int nid)
7048 {
7049         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7050         unsigned long start_pfn = 0;
7051         unsigned long end_pfn = 0;
7052
7053         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7054         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7055
7056         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7057
7058         pgdat->node_id = nid;
7059         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7060         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7061
7062         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7063                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7064                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7065         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7066
7067         alloc_node_mem_map(pgdat);
7068         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7069
7070         free_area_init_core(pgdat);
7071 }
7072
7073 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7074 {
7075         free_area_init_node(nid);
7076 }
7077
7078 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7079 /*
7080  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7081  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7082  */
7083 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7084 {
7085         unsigned long pfn;
7086         u64 pgcnt = 0;
7087
7088         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7089                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7090                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7091                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7092                         continue;
7093                 }
7094                 /*
7095                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7096                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7097                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7098                  */
7099                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7100                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7101                 pgcnt++;
7102         }
7103
7104         return pgcnt;
7105 }
7106
7107 /*
7108  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7109  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7110  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7111  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7112  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7113  *
7114  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7115  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7116  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7117  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7118  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7119  */
7120 static void __init init_unavailable_mem(void)
7121 {
7122         phys_addr_t start, end;
7123         u64 i, pgcnt;
7124         phys_addr_t next = 0;
7125
7126         /*
7127          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7128          */
7129         pgcnt = 0;
7130         for_each_mem_range(i, &start, &end) {
7131                 if (next < start)
7132                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7133                                                         PFN_UP(start));
7134                 next = end;
7135         }
7136
7137         /*
7138          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7139          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7140          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7141          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7142          * state.
7143          */
7144         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7145                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7146
7147         /*
7148          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7149          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7150          */
7151         if (pgcnt)
7152                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7153 }
7154 #else
7155 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7156 {
7157 }
7158 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7159
7160 #if MAX_NUMNODES > 1
7161 /*
7162  * Figure out the number of possible node ids.
7163  */
7164 void __init setup_nr_node_ids(void)
7165 {
7166         unsigned int highest;
7167
7168         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7169         nr_node_ids = highest + 1;
7170 }
7171 #endif
7172
7173 /**
7174  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7175  *
7176  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7177  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7178  * all the nodes.
7179  *
7180  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7181  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7182  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7183  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7184  *
7185  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7186  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7187  * populated node map.
7188  *
7189  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7190  * requirement (single node).
7191  */
7192 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7193 {
7194         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7195         unsigned long start, end, mask;
7196         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7197         int i, nid;
7198
7199         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7200                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7201                         last_nid = nid;
7202                         last_end = end;
7203                         continue;
7204                 }
7205
7206                 /*
7207                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7208                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7209                  * too coarse to separate the current node from the last.
7210                  */
7211                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7212                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7213                         mask <<= 1;
7214
7215                 /* accumulate all internode masks */
7216                 accl_mask |= mask;
7217         }
7218
7219         /* convert mask to number of pages */
7220         return ~accl_mask + 1;
7221 }
7222
7223 /**
7224  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7225  *
7226  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7227  * memblock_set_node().
7228  */
7229 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7230 {
7231         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7232 }
7233
7234 /*
7235  * early_calculate_totalpages()
7236  * Sum pages in active regions for movable zone.
7237  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7238  */
7239 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7240 {
7241         unsigned long totalpages = 0;
7242         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7243         int i, nid;
7244
7245         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7246                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7247
7248                 totalpages += pages;
7249                 if (pages)
7250                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7251         }
7252         return totalpages;
7253 }
7254
7255 /*
7256  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7257  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7258  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7259  * others
7260  */
7261 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7262 {
7263         int i, nid;
7264         unsigned long usable_startpfn;
7265         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7266         /* save the state before borrow the nodemask */
7267         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7268         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7269         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7270         struct memblock_region *r;
7271
7272         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7273         find_usable_zone_for_movable();
7274
7275         /*
7276          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7277          * options.
7278          */
7279         if (movable_node_is_enabled()) {
7280                 for_each_mem_region(r) {
7281                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7282                                 continue;
7283
7284                         nid = memblock_get_region_node(r);
7285
7286                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7287                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7288                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7289                                 usable_startpfn;
7290                 }
7291
7292                 goto out2;
7293         }
7294
7295         /*
7296          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7297          */
7298         if (mirrored_kernelcore) {
7299                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7300
7301                 for_each_mem_region(r) {
7302                         if (memblock_is_mirror(r))
7303                                 continue;
7304
7305                         nid = memblock_get_region_node(r);
7306
7307                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7308
7309                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7310                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7311                                 continue;
7312                         }
7313
7314                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7315                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7316                                 usable_startpfn;
7317                 }
7318
7319                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7320                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7321
7322                 goto out2;
7323         }
7324
7325         /*
7326          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7327          * amount of necessary memory.
7328          */
7329         if (required_kernelcore_percent)
7330                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7331                                        10000UL;
7332         if (required_movablecore_percent)
7333                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7334                                         10000UL;
7335
7336         /*
7337          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7338          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7339          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7340          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7341          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7342          * what movablecore would have allowed.
7343          */
7344         if (required_movablecore) {
7345                 unsigned long corepages;
7346
7347                 /*
7348                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7349                  * was requested by the user
7350                  */
7351                 required_movablecore =
7352                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7353                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7354                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7355
7356                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7357         }
7358
7359         /*
7360          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7361          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7362          */
7363         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7364                 goto out;
7365
7366         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7367         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7368
7369 restart:
7370         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7371         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7372         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7373                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7374
7375                 /*
7376                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7377                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7378                  * amount of memory for the kernel
7379                  */
7380                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7381                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7382
7383                 /*
7384                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7385                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7386                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7387                  */
7388                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7389
7390                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7391                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7392                         unsigned long size_pages;
7393
7394                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7395                         if (start_pfn >= end_pfn)
7396                                 continue;
7397
7398                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7399                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7400                                 unsigned long kernel_pages;
7401                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7402                                                                 - start_pfn;
7403
7404                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7405                                                         kernelcore_remaining);
7406                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7407                                                         required_kernelcore);
7408
7409                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7410                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7411
7412                                         /*
7413                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7414                                          * that if we have to rebalance
7415                                          * kernelcore across nodes, we will
7416                                          * not double account here
7417                                          */
7418                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7419                                         continue;
7420                                 }
7421                                 start_pfn = usable_startpfn;
7422                         }
7423
7424                         /*
7425                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7426                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7427                          * number of pages used as kernelcore
7428                          */
7429                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7430                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7431                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7432                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7433
7434                         /*
7435                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7436                          * break if the kernelcore for this node has been
7437                          * satisfied
7438                          */
7439                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7440                                                                 size_pages);
7441                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7442                         if (!kernelcore_remaining)
7443                                 break;
7444                 }
7445         }
7446
7447         /*
7448          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7449          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7450          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7451          * satisfied
7452          */
7453         usable_nodes--;
7454         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7455                 goto restart;
7456
7457 out2:
7458         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7459         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7460                 zone_movable_pfn[nid] =
7461                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7462
7463 out:
7464         /* restore the node_state */
7465         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7466 }
7467
7468 /* Any regular or high memory on that node ? */
7469 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7470 {
7471         enum zone_type zone_type;
7472
7473         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7474                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7475                 if (populated_zone(zone)) {
7476                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7477                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7478                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7479                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7480                         break;
7481                 }
7482         }
7483 }
7484
7485 /*
7486  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7487  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7488  */
7489 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7490 {
7491         return false;
7492 }
7493
7494 /**
7495  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7496  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7497  *
7498  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7499  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7500  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7501  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7502  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7503  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7504  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7505  * at arch_max_dma_pfn.
7506  */
7507 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7508 {
7509         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7510         int i, nid, zone;
7511         bool descending;
7512
7513         /* Record where the zone boundaries are */
7514         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7515                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7516         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7517                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7518
7519         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7520         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7521
7522         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7523                 if (descending)
7524                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7525                 else
7526                         zone = i;
7527
7528                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7529                         continue;
7530
7531                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7532                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7533                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7534
7535                 start_pfn = end_pfn;
7536         }
7537
7538         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7539         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7540         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7541
7542         /* Print out the zone ranges */
7543         pr_info("Zone ranges:\n");
7544         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7545                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7546                         continue;
7547                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7548                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7549                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7550                         pr_cont("empty\n");
7551                 else
7552                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7553                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7554                                         << PAGE_SHIFT,
7555                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7556                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7557         }
7558
7559         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7560         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7561         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7562                 if (zone_movable_pfn[i])
7563                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7564                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7565         }
7566
7567         /*
7568          * Print out the early node map, and initialize the
7569          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7570          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7571          */
7572         pr_info("Early memory node ranges\n");
7573         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7574                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7575                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7576                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7577                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7578         }
7579
7580         /* Initialise every node */
7581         mminit_verify_pageflags_layout();
7582         setup_nr_node_ids();
7583         init_unavailable_mem();
7584         for_each_online_node(nid) {
7585                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7586                 free_area_init_node(nid);
7587
7588                 /* Any memory on that node */
7589                 if (pgdat->node_present_pages)
7590                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7591                 check_for_memory(pgdat, nid);
7592         }
7593 }
7594
7595 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7596                                      unsigned long *percent)
7597 {
7598         unsigned long long coremem;
7599         char *endptr;
7600
7601         if (!p)
7602                 return -EINVAL;
7603
7604         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7605         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7606         if (*endptr == '%') {
7607                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7608                 WARN_ON(coremem > 100);
7609
7610                 *percent = coremem;
7611         } else {
7612                 coremem = memparse(p, &p);
7613                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7614                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7615
7616                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7617                 *percent = 0UL;
7618         }
7619         return 0;
7620 }
7621
7622 /*
7623  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7624  * cannot be reclaimed or migrated.
7625  */
7626 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7627 {
7628         /* parse kernelcore=mirror */
7629         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7630                 mirrored_kernelcore = true;
7631                 return 0;
7632         }
7633
7634         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7635                                   &required_kernelcore_percent);
7636 }
7637
7638 /*
7639  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7640  * can be reclaimed or migrated.
7641  */
7642 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7643 {
7644         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7645                                   &required_movablecore_percent);
7646 }
7647
7648 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7649 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7650
7651 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7652 {
7653         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7654         totalram_pages_add(count);
7655 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7656         if (PageHighMem(page))
7657                 totalhigh_pages_add(count);
7658 #endif
7659 }
7660 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7661
7662 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7663 {
7664         void *pos;
7665         unsigned long pages = 0;
7666
7667         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7668         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7669         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7670                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7671                 void *direct_map_addr;
7672
7673                 /*
7674                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7675                  * because some architectures' virt_to_page()
7676                  * work with aliases.  Getting the direct map
7677                  * address ensures that we get a _writeable_
7678                  * alias for the memset().
7679                  */
7680                 direct_map_addr = page_address(page);
7681                 /*
7682                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7683                  * has not been initialized.
7684                  */
7685                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7686                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7687                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7688
7689                 free_reserved_page(page);
7690         }
7691
7692         if (pages && s)
7693                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7694                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7695
7696         return pages;
7697 }
7698
7699 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7700 void free_highmem_page(struct page *page)
7701 {
7702         __free_reserved_page(page);
7703         totalram_pages_inc();
7704         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7705         totalhigh_pages_inc();
7706 }
7707 #endif
7708
7709
7710 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7711 {
7712         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7713         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7714
7715         physpages = get_num_physpages();
7716         codesize = _etext - _stext;
7717         datasize = _edata - _sdata;
7718         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7719         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7720         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7721         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7722
7723         /*
7724          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7725          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7726          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7727          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7728          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7729          */
7730 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7731         do { \
7732                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7733                         size -= adj; \
7734         } while (0)
7735
7736         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7737                      _sinittext, init_code_size);
7738         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7739         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7740         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7741         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7742
7743 #undef  adj_init_size
7744
7745         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7746 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7747                 ", %luK highmem"
7748 #endif
7749                 "%s%s)\n",
7750                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7751                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7752                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7753                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7754                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7755                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7756 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7757                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7758 #endif
7759                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7760 }
7761
7762 /**
7763  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7764  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7765  *
7766  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7767  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7768  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7769  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7770  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7771  * smaller per-cpu batchsize.
7772  */
7773 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7774 {
7775         dma_reserve = new_dma_reserve;
7776 }
7777
7778 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7779 {
7780
7781         lru_add_drain_cpu(cpu);
7782         drain_pages(cpu);
7783
7784         /*
7785          * Spill the event counters of the dead processor
7786          * into the current processors event counters.
7787          * This artificially elevates the count of the current
7788          * processor.
7789          */
7790         vm_events_fold_cpu(cpu);
7791
7792         /*
7793          * Zero the differential counters of the dead processor
7794          * so that the vm statistics are consistent.
7795          *
7796          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7797          * race with what we are doing.
7798          */
7799         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7800         return 0;
7801 }
7802
7803 #ifdef CONFIG_NUMA
7804 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7805
7806 static int __init set_hashdist(char *str)
7807 {
7808         if (!str)
7809                 return 0;
7810         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7811         return 1;
7812 }
7813 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7814 #endif
7815
7816 void __init page_alloc_init(void)
7817 {
7818         int ret;
7819
7820 #ifdef CONFIG_NUMA
7821         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7822                 hashdist = 0;
7823 #endif
7824
7825         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7826                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7827                                         page_alloc_cpu_dead);
7828         WARN_ON(ret < 0);
7829 }
7830
7831 /*
7832  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7833  *      or min_free_kbytes changes.
7834  */
7835 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7836 {
7837         struct pglist_data *pgdat;
7838         unsigned long reserve_pages = 0;
7839         enum zone_type i, j;
7840
7841         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7842
7843                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7844
7845                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7846                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7847                         long max = 0;
7848                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7849
7850                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7851                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7852                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7853                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7854                         }
7855
7856                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7857                         max += high_wmark_pages(zone);
7858
7859                         if (max > managed_pages)
7860                                 max = managed_pages;
7861
7862                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7863
7864                         reserve_pages += max;
7865                 }
7866         }
7867         totalreserve_pages = reserve_pages;
7868 }
7869
7870 /*
7871  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7872  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7873  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7874  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7875  */
7876 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7877 {
7878         struct pglist_data *pgdat;
7879         enum zone_type i, j;
7880
7881         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7882                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
7883                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
7884                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
7885                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
7886                         unsigned long managed_pages = 0;
7887
7888                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7889                                 if (clear) {
7890                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7891                                 } else {
7892                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
7893
7894                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
7895                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
7896                                 }
7897                         }
7898                 }
7899         }
7900
7901         /* update totalreserve_pages */
7902         calculate_totalreserve_pages();
7903 }
7904
7905 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7906 {
7907         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7908         unsigned long lowmem_pages = 0;
7909         struct zone *zone;
7910         unsigned long flags;
7911
7912         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7913         for_each_zone(zone) {
7914                 if (!is_highmem(zone))
7915                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7916         }
7917
7918         for_each_zone(zone) {
7919                 u64 tmp;
7920
7921                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7922                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7923                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7924                 if (is_highmem(zone)) {
7925                         /*
7926                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7927                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7928                          * value here.
7929                          *
7930                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7931                          * deltas control async page reclaim, and so should
7932                          * not be capped for highmem.
7933                          */
7934                         unsigned long min_pages;
7935
7936                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7937                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7938                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7939                 } else {
7940                         /*
7941                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7942                          * proportionate to the zone's size.
7943                          */
7944                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7945                 }
7946
7947                 /*
7948                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7949                  * scale factor in proportion to available memory, but
7950                  * ensure a minimum size on small systems.
7951                  */
7952                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7953                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7954                                       watermark_scale_factor, 10000));
7955
7956                 zone->watermark_boost = 0;
7957                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7958                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7959
7960                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7961         }
7962
7963         /* update totalreserve_pages */
7964         calculate_totalreserve_pages();
7965 }
7966
7967 /**
7968  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7969  * or when memory is hot-{added|removed}
7970  *
7971  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7972  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7973  */
7974 void setup_per_zone_wmarks(void)
7975 {
7976         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7977
7978         spin_lock(&lock);
7979         __setup_per_zone_wmarks();
7980         spin_unlock(&lock);
7981 }
7982
7983 /*
7984  * Initialise min_free_kbytes.
7985  *
7986  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7987  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7988  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7989  *
7990  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7991  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7992  *
7993  * which yields
7994  *
7995  * 16MB:        512k
7996  * 32MB:        724k
7997  * 64MB:        1024k
7998  * 128MB:       1448k
7999  * 256MB:       2048k
8000  * 512MB:       2896k
8001  * 1024MB:      4096k
8002  * 2048MB:      5792k
8003  * 4096MB:      8192k
8004  * 8192MB:      11584k
8005  * 16384MB:     16384k
8006  */
8007 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8008 {
8009         unsigned long lowmem_kbytes;
8010         int new_min_free_kbytes;
8011
8012         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8013         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8014
8015         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8016                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8017                 if (min_free_kbytes < 128)
8018                         min_free_kbytes = 128;
8019                 if (min_free_kbytes > 262144)
8020                         min_free_kbytes = 262144;
8021         } else {
8022                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8023                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8024         }
8025         setup_per_zone_wmarks();
8026         refresh_zone_stat_thresholds();
8027         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8028
8029 #ifdef CONFIG_NUMA
8030         setup_min_unmapped_ratio();
8031         setup_min_slab_ratio();
8032 #endif
8033
8034         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8035
8036         return 0;
8037 }
8038 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8039
8040 /*
8041  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8042  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8043  *      changes.
8044  */
8045 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8046                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8047 {
8048         int rc;
8049
8050         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8051         if (rc)
8052                 return rc;
8053
8054         if (write) {
8055                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8056                 setup_per_zone_wmarks();
8057         }
8058         return 0;
8059 }
8060
8061 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8062                 void *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         if (write)
8071                 setup_per_zone_wmarks();
8072
8073         return 0;
8074 }
8075
8076 #ifdef CONFIG_NUMA
8077 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8078 {
8079         pg_data_t *pgdat;
8080         struct zone *zone;
8081
8082         for_each_online_pgdat(pgdat)
8083                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8084
8085         for_each_zone(zone)
8086                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8087                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8088 }
8089
8090
8091 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8092                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8093 {
8094         int rc;
8095
8096         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8097         if (rc)
8098                 return rc;
8099
8100         setup_min_unmapped_ratio();
8101
8102         return 0;
8103 }
8104
8105 static void setup_min_slab_ratio(void)
8106 {
8107         pg_data_t *pgdat;
8108         struct zone *zone;
8109
8110         for_each_online_pgdat(pgdat)
8111                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8112
8113         for_each_zone(zone)
8114                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8115                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8116 }
8117
8118 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8119                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8120 {
8121         int rc;
8122
8123         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8124         if (rc)
8125                 return rc;
8126
8127         setup_min_slab_ratio();
8128
8129         return 0;
8130 }
8131 #endif
8132
8133 /*
8134  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8135  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8136  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8137  *
8138  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8139  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8140  * if in function of the boot time zone sizes.
8141  */
8142 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8143                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8144 {
8145         int i;
8146
8147         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8148
8149         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8150                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8151                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8152         }
8153
8154         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8155         return 0;
8156 }
8157
8158 /*
8159  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8160  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8161  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8162  */
8163 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8164                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8165 {
8166         struct zone *zone;
8167         int old_percpu_pagelist_fraction;
8168         int ret;
8169
8170         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8171         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8172
8173         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8174         if (!write || ret < 0)
8175                 goto out;
8176
8177         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8178         if (percpu_pagelist_fraction &&
8179             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8180                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8181                 ret = -EINVAL;
8182                 goto out;
8183         }
8184
8185         /* No change? */
8186         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8187                 goto out;
8188
8189         for_each_populated_zone(zone)
8190                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8191 out:
8192         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8193         return ret;
8194 }
8195
8196 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8197 /*
8198  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8199  * is not known to alloc_large_system_hash().
8200  */
8201 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8202 {
8203         return 0;
8204 }
8205 #endif
8206
8207 /*
8208  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8209  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8210  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8211  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8212  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8213  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8214  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8215  */
8216 #if __BITS_PER_LONG > 32
8217 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8218 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8219 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8220 #endif
8221
8222 /*
8223  * allocate a large system hash table from bootmem
8224  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8225  *   quantity of entries
8226  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8227  */
8228 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8229                                      unsigned long bucketsize,
8230                                      unsigned long numentries,
8231                                      int scale,
8232                                      int flags,
8233                                      unsigned int *_hash_shift,
8234                                      unsigned int *_hash_mask,
8235                                      unsigned long low_limit,
8236                                      unsigned long high_limit)
8237 {
8238         unsigned long long max = high_limit;
8239         unsigned long log2qty, size;
8240         void *table = NULL;
8241         gfp_t gfp_flags;
8242         bool virt;
8243
8244         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8245         if (!numentries) {
8246                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8247                 numentries = nr_kernel_pages;
8248                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8249
8250                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8251                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8252                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8253
8254 #if __BITS_PER_LONG > 32
8255                 if (!high_limit) {
8256                         unsigned long adapt;
8257
8258                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8259                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8260                                 scale++;
8261                 }
8262 #endif
8263
8264                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8265                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8266                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8267                 else
8268                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8269
8270                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8271                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8272                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8273                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8274                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8275                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8276                                 BUG_ON(!numentries);
8277                         }
8278                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8279                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8280         }
8281         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8282
8283         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8284         if (max == 0) {
8285                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8286                 do_div(max, bucketsize);
8287         }
8288         max = min(max, 0x80000000ULL);
8289
8290         if (numentries < low_limit)
8291                 numentries = low_limit;
8292         if (numentries > max)
8293                 numentries = max;
8294
8295         log2qty = ilog2(numentries);
8296
8297         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8298         do {
8299                 virt = false;
8300                 size = bucketsize << log2qty;
8301                 if (flags & HASH_EARLY) {
8302                         if (flags & HASH_ZERO)
8303                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8304                         else
8305                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8306                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8307                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8308                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8309                         virt = true;
8310                 } else {
8311                         /*
8312                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8313                          * some pages at the end of hash table which
8314                          * alloc_pages_exact() automatically does
8315                          */
8316                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8317                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8318                 }
8319         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8320
8321         if (!table)
8322                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8323
8324         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8325                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8326                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8327
8328         if (_hash_shift)
8329                 *_hash_shift = log2qty;
8330         if (_hash_mask)
8331                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8332
8333         return table;
8334 }
8335
8336 /*
8337  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8338  *
8339  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8340  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8341  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8342  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8343  *
8344  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8345  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8346  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8347  *
8348  */
8349 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8350                                  int migratetype, int flags)
8351 {
8352         unsigned long iter = 0;
8353         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8354         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8355
8356         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8357                 /*
8358                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8359                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8360                  * so consider them movable here.
8361                  */
8362                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8363                         return NULL;
8364
8365                 return page;
8366         }
8367
8368         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8369                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8370                         continue;
8371
8372                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8373
8374                 /*
8375                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8376                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8377                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8378                  * specifying "movablecore".
8379                  */
8380                 if (PageReserved(page))
8381                         return page;
8382
8383                 /*
8384                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8385                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8386                  * is movable.
8387                  */
8388                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8389                         continue;
8390
8391                 /*
8392                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8393                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8394                  * We need not scan over tail pages because we don't
8395                  * handle each tail page individually in migration.
8396                  */
8397                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8398                         struct page *head = compound_head(page);
8399                         unsigned int skip_pages;
8400
8401                         if (PageHuge(page)) {
8402                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8403                                         return page;
8404                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8405                                 return page;
8406                         }
8407
8408                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8409                         iter += skip_pages - 1;
8410                         continue;
8411                 }
8412
8413                 /*
8414                  * We can't use page_count without pin a page
8415                  * because another CPU can free compound page.
8416                  * This check already skips compound tails of THP
8417                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8418                  */
8419                 if (!page_ref_count(page)) {
8420                         if (PageBuddy(page))
8421                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8422                         continue;
8423                 }
8424
8425                 /*
8426                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8427                  * page_count() is not 0.
8428                  */
8429                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8430                         continue;
8431
8432                 /*
8433                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8434                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8435                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8436                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8437                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8438                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8439                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8440                  * (false negatives in this function only)
8441                  */
8442                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8443                         continue;
8444
8445                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8446                         continue;
8447
8448                 /*
8449                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8450                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8451                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8452                  */
8453                 return page;
8454         }
8455         return NULL;
8456 }
8457
8458 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8459 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8460 {
8461         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8462                              pageblock_nr_pages) - 1);
8463 }
8464
8465 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8466 {
8467         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8468                                 pageblock_nr_pages));
8469 }
8470
8471 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8472 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8473                                         unsigned long start, unsigned long end)
8474 {
8475         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8476         unsigned int nr_reclaimed;
8477         unsigned long pfn = start;
8478         unsigned int tries = 0;
8479         int ret = 0;
8480         struct migration_target_control mtc = {
8481                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8482                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8483         };
8484
8485         migrate_prep();
8486
8487         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8488                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8489                         ret = -EINTR;
8490                         break;
8491                 }
8492
8493                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8494                         cc->nr_migratepages = 0;
8495                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8496                         if (!pfn) {
8497                                 ret = -EINTR;
8498                                 break;
8499                         }
8500                         tries = 0;
8501                 } else if (++tries == 5) {
8502                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8503                         break;
8504                 }
8505
8506                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8507                                                         &cc->migratepages);
8508                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8509
8510                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8511                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8512         }
8513         if (ret < 0) {
8514                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8515                 return ret;
8516         }
8517         return 0;
8518 }
8519
8520 /**
8521  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8522  * @start:      start PFN to allocate
8523  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8524  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8525  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8526  *                      in range must have the same migratetype and it must
8527  *                      be either of the two.
8528  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8529  *
8530  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8531  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8532  *
8533  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8534  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8535  * be modified by others.
8536  *
8537  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8538  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8539  * need to be freed with free_contig_range().
8540  */
8541 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8542                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8543 {
8544         unsigned long outer_start, outer_end;
8545         unsigned int order;
8546         int ret = 0;
8547
8548         struct compact_control cc = {
8549                 .nr_migratepages = 0,
8550                 .order = -1,
8551                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8552                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8553                 .ignore_skip_hint = true,
8554                 .no_set_skip_hint = true,
8555                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8556                 .alloc_contig = true,
8557         };
8558         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8559
8560         /*
8561          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8562          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8563          * have different sizes, and due to the way page allocator
8564          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8565          * that page allocator won't try to merge buddies from
8566          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8567          * other migration type.
8568          *
8569          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8570          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8571          * we are interested in).  This will put all the pages in
8572          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8573          *
8574          * When this is done, we take the pages in range from page
8575          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8576          * page allocator will never consider using them.
8577          *
8578          * This lets us mark the pageblocks back as
8579          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8580          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8581          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8582          */
8583
8584         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8585                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8586         if (ret)
8587                 return ret;
8588
8589         drain_all_pages(cc.zone);
8590
8591         /*
8592          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8593          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8594          * which will report the busy page.
8595          *
8596          * It is possible that busy pages could become available before
8597          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8598          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8599          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8600          */
8601         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8602         if (ret && ret != -EBUSY)
8603                 goto done;
8604         ret =0;
8605
8606         /*
8607          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8608          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8609          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8610          * What we are going to do is to allocate all pages from
8611          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8612          *
8613          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8614          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8615          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8616          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8617          * once this is done free the pages we are not interested in.
8618          *
8619          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8620          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8621          */
8622
8623         lru_add_drain_all();
8624
8625         order = 0;
8626         outer_start = start;
8627         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8628                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8629                         outer_start = start;
8630                         break;
8631                 }
8632                 outer_start &= ~0UL << order;
8633         }
8634
8635         if (outer_start != start) {
8636                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8637
8638                 /*
8639                  * outer_start page could be small order buddy page and
8640                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8641                  * in this case to report failed page properly
8642                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8643                  */
8644                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8645                         outer_start = start;
8646         }
8647
8648         /* Make sure the range is really isolated. */
8649         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8650                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8651                         __func__, outer_start, end);
8652                 ret = -EBUSY;
8653                 goto done;
8654         }
8655
8656         /* Grab isolated pages from freelists. */
8657         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8658         if (!outer_end) {
8659                 ret = -EBUSY;
8660                 goto done;
8661         }
8662
8663         /* Free head and tail (if any) */
8664         if (start != outer_start)
8665                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8666         if (end != outer_end)
8667                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8668
8669 done:
8670         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8671                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8672         return ret;
8673 }
8674 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8675
8676 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8677                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8678 {
8679         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8680
8681         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8682                                   gfp_mask);
8683 }
8684
8685 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8686                                    unsigned long nr_pages)
8687 {
8688         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8689         struct page *page;
8690
8691         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8692                 page = pfn_to_online_page(i);
8693                 if (!page)
8694                         return false;
8695
8696                 if (page_zone(page) != z)
8697                         return false;
8698
8699                 if (PageReserved(page))
8700                         return false;
8701
8702                 if (page_count(page) > 0)
8703                         return false;
8704
8705                 if (PageHuge(page))
8706                         return false;
8707         }
8708         return true;
8709 }
8710
8711 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8712                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8713 {
8714         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8715
8716         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8717 }
8718
8719 /**
8720  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8721  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8722  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8723  * @nid:        Target node
8724  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8725  *
8726  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8727  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8728  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8729  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8730  *
8731  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8732  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8733  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8734  *
8735  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8736  * __free_page() on each allocated page.
8737  *
8738  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8739  */
8740 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8741                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8742 {
8743         unsigned long ret, pfn, flags;
8744         struct zonelist *zonelist;
8745         struct zone *zone;
8746         struct zoneref *z;
8747
8748         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8749         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8750                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8751                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8752
8753                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8754                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8755                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8756                                 /*
8757                                  * We release the zone lock here because
8758                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8759                                  * at some point. If there's an allocation
8760                                  * spinning on this lock, it may win the race
8761                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8762                                  */
8763                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8764                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8765                                                         gfp_mask);
8766                                 if (!ret)
8767                                         return pfn_to_page(pfn);
8768                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8769                         }
8770                         pfn += nr_pages;
8771                 }
8772                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8773         }
8774         return NULL;
8775 }
8776 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8777
8778 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8779 {
8780         unsigned int count = 0;
8781
8782         for (; nr_pages--; pfn++) {
8783                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8784
8785                 count += page_count(page) != 1;
8786                 __free_page(page);
8787         }
8788         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8789 }
8790 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8791
8792 /*
8793  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8794  * page high values need to be recalulated.
8795  */
8796 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8797 {
8798         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8799         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8800         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8801 }
8802
8803 /*
8804  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
8805  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
8806  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
8807  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
8808  *
8809  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
8810  */
8811 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
8812 {
8813         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8814         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
8815         __drain_all_pages(zone, true);
8816 }
8817
8818 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
8819 {
8820         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
8821         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8822 }
8823
8824 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8825 {
8826         unsigned long flags;
8827         int cpu;
8828         struct per_cpu_pageset *pset;
8829
8830         /* avoid races with drain_pages()  */
8831         local_irq_save(flags);
8832         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8833                 for_each_online_cpu(cpu) {
8834                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8835                         drain_zonestat(zone, pset);
8836                 }
8837                 free_percpu(zone->pageset);
8838                 zone->pageset = &boot_pageset;
8839         }
8840         local_irq_restore(flags);
8841 }
8842
8843 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8844 /*
8845  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8846  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8847  */
8848 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8849 {
8850         unsigned long pfn = start_pfn;
8851         struct page *page;
8852         struct zone *zone;
8853         unsigned int order;
8854         unsigned long flags;
8855
8856         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8857         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8858         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8859         while (pfn < end_pfn) {
8860                 page = pfn_to_page(pfn);
8861                 /*
8862                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8863                  * page_count() is not 0.
8864                  */
8865                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8866                         pfn++;
8867                         continue;
8868                 }
8869                 /*
8870                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8871                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8872                  */
8873                 if (PageOffline(page)) {
8874                         BUG_ON(page_count(page));
8875                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8876                         pfn++;
8877                         continue;
8878                 }
8879
8880                 BUG_ON(page_count(page));
8881                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8882                 order = buddy_order(page);
8883                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8884                 pfn += (1 << order);
8885         }
8886         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8887 }
8888 #endif
8889
8890 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8891 {
8892         struct zone *zone = page_zone(page);
8893         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8894         unsigned long flags;
8895         unsigned int order;
8896
8897         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8898         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8899                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8900
8901                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8902                         break;
8903         }
8904         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8905
8906         return order < MAX_ORDER;
8907 }
8908
8909 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8910 /*
8911  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8912  * buddy allocator.
8913  */
8914 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8915                                    struct page *target, int low, int high,
8916                                    int migratetype)
8917 {
8918         unsigned long size = 1 << high;
8919         struct page *current_buddy, *next_page;
8920
8921         while (high > low) {
8922                 high--;
8923                 size >>= 1;
8924
8925                 if (target >= &page[size]) {
8926                         next_page = page + size;
8927                         current_buddy = page;
8928                 } else {
8929                         next_page = page;
8930                         current_buddy = page + size;
8931                 }
8932
8933                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8934                         continue;
8935
8936                 if (current_buddy != target) {
8937                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8938                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8939                         page = next_page;
8940                 }
8941         }
8942 }
8943
8944 /*
8945  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8946  */
8947 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8948 {
8949         struct zone *zone = page_zone(page);
8950         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8951         unsigned long flags;
8952         unsigned int order;
8953         bool ret = false;
8954
8955         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8956         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8957                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8958                 int page_order = buddy_order(page_head);
8959
8960                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8961                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8962                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8963                                                                    pfn_head);
8964
8965                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8966                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8967                                                 page_order, migratetype);
8968                         ret = true;
8969                         break;
8970                 }
8971                 if (page_count(page_head) > 0)
8972                         break;
8973         }
8974         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8975         return ret;
8976 }
8977 #endif