mm/free_pcppages_bulk: update pcp->count inside
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.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/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <xen/xen.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.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
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76
77 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
78 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
79 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
80
81 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
82 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
83 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
84 #endif
85
86 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
87
88 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
89 /*
90  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
91  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
92  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
93  * defined in <linux/topology.h>.
94  */
95 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
96 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
97 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
98 #endif
99
100 /* work_structs for global per-cpu drains */
101 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
102 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
103
104 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
105 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
106 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
107 #endif
108
109 /*
110  * Array of node states.
111  */
112 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
113         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
114         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifndef CONFIG_NUMA
116         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
118         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119 #endif
120         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
121         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
122 #endif  /* NUMA */
123 };
124 EXPORT_SYMBOL(node_states);
125
126 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
127 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
128
129 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
131 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
132
133 int percpu_pagelist_fraction;
134 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
135
136 /*
137  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
138  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
139  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
140  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
141  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
142  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
143  */
144 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
145 {
146         return page->index;
147 }
148
149 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
150 {
151         page->index = migratetype;
152 }
153
154 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
155 /*
156  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
157  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
158  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
159  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
160  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
161  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
162  */
163
164 static gfp_t saved_gfp_mask;
165
166 void pm_restore_gfp_mask(void)
167 {
168         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
169         if (saved_gfp_mask) {
170                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
171                 saved_gfp_mask = 0;
172         }
173 }
174
175 void pm_restrict_gfp_mask(void)
176 {
177         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
178         WARN_ON(saved_gfp_mask);
179         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
180         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
181 }
182
183 bool pm_suspended_storage(void)
184 {
185         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
186                 return false;
187         return true;
188 }
189 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
190
191 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
192 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
193 #endif
194
195 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
196
197 /*
198  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
199  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
200  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
201  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
202  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
203  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
204  *
205  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
206  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
207  */
208 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210          256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213          256,
214 #endif
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216          32,
217 #endif
218          32,
219 };
220
221 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
222
223 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
225          "DMA",
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228          "DMA32",
229 #endif
230          "Normal",
231 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
232          "HighMem",
233 #endif
234          "Movable",
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
236          "Device",
237 #endif
238 };
239
240 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
241         "Unmovable",
242         "Movable",
243         "Reclaimable",
244         "HighAtomic",
245 #ifdef CONFIG_CMA
246         "CMA",
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
249         "Isolate",
250 #endif
251 };
252
253 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
254         NULL,
255         free_compound_page,
256 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
257         free_huge_page,
258 #endif
259 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
260         free_transhuge_page,
261 #endif
262 };
263
264 int min_free_kbytes = 1024;
265 int user_min_free_kbytes = -1;
266 int watermark_scale_factor = 10;
267
268 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
269 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
270 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
271
272 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
273 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
276 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
279 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
280 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
281
282 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
283 int movable_zone;
284 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
285 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
286
287 #if MAX_NUMNODES > 1
288 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
289 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
290 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
291 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
292 #endif
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
298 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
299 {
300         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
301
302         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
303                 return true;
304
305         return false;
306 }
307
308 /*
309  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
310  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
311  */
312 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
313                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
314                                 unsigned long *nr_initialised)
315 {
316         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
317         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
318                 return true;
319         /* Xen PV domains need page structures early */
320         if (xen_pv_domain())
321                 return true;
322         (*nr_initialised)++;
323         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
324             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
325                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
326                 return false;
327         }
328
329         return true;
330 }
331 #else
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         if (!debug_guardpage_minorder())
611                 return false;
612
613         return true;
614 }
615
616 static void init_debug_guardpage(void)
617 {
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return;
623
624         _debug_guardpage_enabled = true;
625 }
626
627 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
628         .need = need_debug_guardpage,
629         .init = init_debug_guardpage,
630 };
631
632 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
633 {
634         unsigned long res;
635
636         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
637                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
638                 return 0;
639         }
640         _debug_guardpage_minorder = res;
641         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
642         return 0;
643 }
644 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
645
646 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
647                                 unsigned int order, int migratetype)
648 {
649         struct page_ext *page_ext;
650
651         if (!debug_guardpage_enabled())
652                 return false;
653
654         if (order >= debug_guardpage_minorder())
655                 return false;
656
657         page_ext = lookup_page_ext(page);
658         if (unlikely(!page_ext))
659                 return false;
660
661         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
662
663         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
664         set_page_private(page, order);
665         /* Guard pages are not available for any usage */
666         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
667
668         return true;
669 }
670
671 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return;
678
679         page_ext = lookup_page_ext(page);
680         if (unlikely(!page_ext))
681                 return;
682
683         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
684
685         set_page_private(page, 0);
686         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
687                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
688 }
689 #else
690 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
691 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
693 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 #endif
696
697 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
698 {
699         set_page_private(page, order);
700         __SetPageBuddy(page);
701 }
702
703 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
704 {
705         __ClearPageBuddy(page);
706         set_page_private(page, 0);
707 }
708
709 /*
710  * This function checks whether a page is free && is the buddy
711  * we can do coalesce a page and its buddy if
712  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
713  * (b) the buddy is in the buddy system &&
714  * (c) a page and its buddy have the same order &&
715  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
716  *
717  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
718  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
719  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
720  * serialized by zone->lock.
721  *
722  * For recording page's order, we use page_private(page).
723  */
724 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
725                                                         unsigned int order)
726 {
727         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
728                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
729                         return 0;
730
731                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
732
733                 return 1;
734         }
735
736         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
737                 /*
738                  * zone check is done late to avoid uselessly
739                  * calculating zone/node ids for pages that could
740                  * never merge.
741                  */
742                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
743                         return 0;
744
745                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
746
747                 return 1;
748         }
749         return 0;
750 }
751
752 /*
753  * Freeing function for a buddy system allocator.
754  *
755  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
756  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
757  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
758  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
759  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
760  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
761  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
762  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
763  * parts of the VM system.
764  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
765  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
766  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
767  * field.
768  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
769  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
770  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
771  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
772  * triggers coalescing into a block of larger size.
773  *
774  * -- nyc
775  */
776
777 static inline void __free_one_page(struct page *page,
778                 unsigned long pfn,
779                 struct zone *zone, unsigned int order,
780                 int migratetype)
781 {
782         unsigned long combined_pfn;
783         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
784         struct page *buddy;
785         unsigned int max_order;
786
787         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
788
789         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
790         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
791
792         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
793         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
794                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
795
796         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
797         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
798
799 continue_merging:
800         while (order < max_order - 1) {
801                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
802                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
803
804                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
805                         goto done_merging;
806                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
807                         goto done_merging;
808                 /*
809                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
810                  * merge with it and move up one order.
811                  */
812                 if (page_is_guard(buddy)) {
813                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
814                 } else {
815                         list_del(&buddy->lru);
816                         zone->free_area[order].nr_free--;
817                         rmv_page_order(buddy);
818                 }
819                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
820                 page = page + (combined_pfn - pfn);
821                 pfn = combined_pfn;
822                 order++;
823         }
824         if (max_order < MAX_ORDER) {
825                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
826                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
827                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
828                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
829                  *
830                  * We don't want to hit this code for the more frequent
831                  * low-order merging.
832                  */
833                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
834                         int buddy_mt;
835
836                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
837                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
838                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
839
840                         if (migratetype != buddy_mt
841                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
842                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
843                                 goto done_merging;
844                 }
845                 max_order++;
846                 goto continue_merging;
847         }
848
849 done_merging:
850         set_page_order(page, order);
851
852         /*
853          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
854          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
855          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
856          * that is happening, add the free page to the tail of the list
857          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
858          * as a higher order page
859          */
860         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
861                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
862                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
863                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
864                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
865                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
866                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
867                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
868                         list_add_tail(&page->lru,
869                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
870                         goto out;
871                 }
872         }
873
874         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
875 out:
876         zone->free_area[order].nr_free++;
877 }
878
879 /*
880  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
881  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
882  * check if necessary.
883  */
884 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
885                                         unsigned long check_flags)
886 {
887         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
888                 return false;
889
890         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
891                         page_ref_count(page) |
892 #ifdef CONFIG_MEMCG
893                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
894 #endif
895                         (page->flags & check_flags)))
896                 return false;
897
898         return true;
899 }
900
901 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
902 {
903         const char *bad_reason;
904         unsigned long bad_flags;
905
906         bad_reason = NULL;
907         bad_flags = 0;
908
909         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
910                 bad_reason = "nonzero mapcount";
911         if (unlikely(page->mapping != NULL))
912                 bad_reason = "non-NULL mapping";
913         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
914                 bad_reason = "nonzero _refcount";
915         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
916                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
917                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
918         }
919 #ifdef CONFIG_MEMCG
920         if (unlikely(page->mem_cgroup))
921                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
922 #endif
923         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
924 }
925
926 static inline int free_pages_check(struct page *page)
927 {
928         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
929                 return 0;
930
931         /* Something has gone sideways, find it */
932         free_pages_check_bad(page);
933         return 1;
934 }
935
936 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
937 {
938         int ret = 1;
939
940         /*
941          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
942          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
943          */
944         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
945
946         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
947                 ret = 0;
948                 goto out;
949         }
950         switch (page - head_page) {
951         case 1:
952                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
953                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
954                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
955                         goto out;
956                 }
957                 break;
958         case 2:
959                 /*
960                  * the second tail page: ->mapping is
961                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
962                  */
963                 break;
964         default:
965                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
966                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
967                         goto out;
968                 }
969                 break;
970         }
971         if (unlikely(!PageTail(page))) {
972                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
973                 goto out;
974         }
975         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
976                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
977                 goto out;
978         }
979         ret = 0;
980 out:
981         page->mapping = NULL;
982         clear_compound_head(page);
983         return ret;
984 }
985
986 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
987                                         unsigned int order, bool check_free)
988 {
989         int bad = 0;
990
991         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
992
993         trace_mm_page_free(page, order);
994
995         /*
996          * Check tail pages before head page information is cleared to
997          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
998          */
999         if (unlikely(order)) {
1000                 bool compound = PageCompound(page);
1001                 int i;
1002
1003                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1004
1005                 if (compound)
1006                         ClearPageDoubleMap(page);
1007                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1008                         if (compound)
1009                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1010                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1011                                 bad++;
1012                                 continue;
1013                         }
1014                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1015                 }
1016         }
1017         if (PageMappingFlags(page))
1018                 page->mapping = NULL;
1019         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1020                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1021         if (check_free)
1022                 bad += free_pages_check(page);
1023         if (bad)
1024                 return false;
1025
1026         page_cpupid_reset_last(page);
1027         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1028         reset_page_owner(page, order);
1029
1030         if (!PageHighMem(page)) {
1031                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035         }
1036         arch_free_page(page, order);
1037         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1038         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kasan_free_pages(page, order);
1040
1041         return true;
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1045 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1048 }
1049
1050 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return false;
1053 }
1054 #else
1055 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1058 }
1059
1060 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_check(page);
1063 }
1064 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1065
1066 /*
1067  * Frees a number of pages from the PCP lists
1068  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1069  * count is the number of pages to free.
1070  *
1071  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1072  * see if this freeing clears that state.
1073  *
1074  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1075  * pinned" detection logic.
1076  */
1077 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1078                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1079 {
1080         int migratetype = 0;
1081         int batch_free = 0;
1082         bool isolated_pageblocks;
1083
1084         spin_lock(&zone->lock);
1085         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1086
1087         while (count) {
1088                 struct page *page;
1089                 struct list_head *list;
1090
1091                 /*
1092                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1093                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1094                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1095                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1096                  * lists
1097                  */
1098                 do {
1099                         batch_free++;
1100                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1101                                 migratetype = 0;
1102                         list = &pcp->lists[migratetype];
1103                 } while (list_empty(list));
1104
1105                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1106                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1107                         batch_free = count;
1108
1109                 do {
1110                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1111
1112                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1113                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1114                         list_del(&page->lru);
1115                         pcp->count--;
1116
1117                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1118                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1119                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1120                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1121                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1122                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1123
1124                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1125                                 continue;
1126
1127                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1128                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1129                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1130         }
1131         spin_unlock(&zone->lock);
1132 }
1133
1134 static void free_one_page(struct zone *zone,
1135                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1136                                 unsigned int order,
1137                                 int migratetype)
1138 {
1139         spin_lock(&zone->lock);
1140         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1141                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1142                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1143         }
1144         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1145         spin_unlock(&zone->lock);
1146 }
1147
1148 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1149                                 unsigned long zone, int nid)
1150 {
1151         mm_zero_struct_page(page);
1152         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1153         init_page_count(page);
1154         page_mapcount_reset(page);
1155         page_cpupid_reset_last(page);
1156
1157         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1158 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1159         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1160         if (!is_highmem_idx(zone))
1161                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1162 #endif
1163 }
1164
1165 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1166 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1167 {
1168         pg_data_t *pgdat;
1169         int nid, zid;
1170
1171         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1172                 return;
1173
1174         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1175         pgdat = NODE_DATA(nid);
1176
1177         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1178                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1179
1180                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1181                         break;
1182         }
1183         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1184 }
1185 #else
1186 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1187 {
1188 }
1189 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1190
1191 /*
1192  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1193  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1194  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1195  * sent to the buddy page allocator.
1196  */
1197 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1198 {
1199         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1200         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1201
1202         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1203                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1204                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1205
1206                         init_reserved_page(start_pfn);
1207
1208                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1209                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1210
1211                         SetPageReserved(page);
1212                 }
1213         }
1214 }
1215
1216 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1217 {
1218         unsigned long flags;
1219         int migratetype;
1220         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1221
1222         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1223                 return;
1224
1225         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1226         local_irq_save(flags);
1227         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1228         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1229         local_irq_restore(flags);
1230 }
1231
1232 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1235         struct page *p = page;
1236         unsigned int loop;
1237
1238         prefetchw(p);
1239         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1240                 prefetchw(p + 1);
1241                 __ClearPageReserved(p);
1242                 set_page_count(p, 0);
1243         }
1244         __ClearPageReserved(p);
1245         set_page_count(p, 0);
1246
1247         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1248         set_page_refcounted(page);
1249         __free_pages(page, order);
1250 }
1251
1252 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1253         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1254
1255 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1256
1257 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1258 {
1259         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1260         int nid;
1261
1262         spin_lock(&early_pfn_lock);
1263         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1264         if (nid < 0)
1265                 nid = first_online_node;
1266         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1267
1268         return nid;
1269 }
1270 #endif
1271
1272 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1273 static inline bool __meminit __maybe_unused
1274 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1275                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1276 {
1277         int nid;
1278
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1280         if (nid >= 0 && nid != node)
1281                 return false;
1282         return true;
1283 }
1284
1285 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1286 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1287 {
1288         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1289 }
1290
1291 #else
1292
1293 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1294 {
1295         return true;
1296 }
1297 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1298 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1299                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1300 {
1301         return true;
1302 }
1303 #endif
1304
1305
1306 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1307                                                         unsigned int order)
1308 {
1309         if (early_page_uninitialised(pfn))
1310                 return;
1311         return __free_pages_boot_core(page, order);
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1316  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1317  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1318  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1319  * pageblocks.
1320  *
1321  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1322  *
1323  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1324  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1325  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1326  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1327  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1328  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1329  * page in a pageblock.
1330  */
1331 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1332                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1333 {
1334         struct page *start_page;
1335         struct page *end_page;
1336
1337         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1338         end_pfn--;
1339
1340         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1341                 return NULL;
1342
1343         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1344         if (!start_page)
1345                 return NULL;
1346
1347         if (page_zone(start_page) != zone)
1348                 return NULL;
1349
1350         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1351
1352         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1353         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1354                 return NULL;
1355
1356         return start_page;
1357 }
1358
1359 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1360 {
1361         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1362         unsigned long block_end_pfn;
1363
1364         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1365         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1366                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1367                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1368
1369                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1370
1371                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1372                                              block_end_pfn, zone))
1373                         return;
1374         }
1375
1376         /* We confirm that there is no hole */
1377         zone->contiguous = true;
1378 }
1379
1380 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1381 {
1382         zone->contiguous = false;
1383 }
1384
1385 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1386 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1387                                        unsigned long nr_pages)
1388 {
1389         struct page *page;
1390         unsigned long i;
1391
1392         if (!nr_pages)
1393                 return;
1394
1395         page = pfn_to_page(pfn);
1396
1397         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1398         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1399             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1400                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1401                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1402                 return;
1403         }
1404
1405         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1406                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1407                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1408                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1409         }
1410 }
1411
1412 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1413 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1414 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1415
1416 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1417 {
1418         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1419                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1420 }
1421
1422 /*
1423  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1424  *
1425  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1426  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1427  * function is optimized out.
1428  *
1429  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1430  * of the head pfn.
1431  *
1432  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1433  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1434  * to this memory node.
1435  */
1436 static inline bool __init
1437 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1438                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1439 {
1440         if (!pfn_valid_within(pfn))
1441                 return false;
1442         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1443                 return false;
1444         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1445                 return false;
1446         return true;
1447 }
1448
1449 /*
1450  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1451  * pageblock_nr_pages sizes.
1452  */
1453 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1454                                        unsigned long end_pfn)
1455 {
1456         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1457         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1458         unsigned long nr_free = 0;
1459
1460         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1461                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1462                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1463                         nr_free = 0;
1464                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1465                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1466                         nr_free = 1;
1467                         touch_nmi_watchdog();
1468                 } else {
1469                         nr_free++;
1470                 }
1471         }
1472         /* Free the last block of pages to allocator */
1473         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1478  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1479  * Return number of pages initialized.
1480  */
1481 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1482                                                  unsigned long pfn,
1483                                                  unsigned long end_pfn)
1484 {
1485         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1486         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1487         unsigned long nr_pages = 0;
1488         struct page *page = NULL;
1489
1490         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1491                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1492                         page = NULL;
1493                         continue;
1494                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1495                         page = pfn_to_page(pfn);
1496                         touch_nmi_watchdog();
1497                 } else {
1498                         page++;
1499                 }
1500                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1501                 nr_pages++;
1502         }
1503         return (nr_pages);
1504 }
1505
1506 /* Initialise remaining memory on a node */
1507 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1508 {
1509         pg_data_t *pgdat = data;
1510         int nid = pgdat->node_id;
1511         unsigned long start = jiffies;
1512         unsigned long nr_pages = 0;
1513         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1514         phys_addr_t spa, epa;
1515         int zid;
1516         struct zone *zone;
1517         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1518         u64 i;
1519
1520         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1521         if (!cpumask_empty(cpumask))
1522                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1523
1524         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1525         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1526         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1527                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1528                 pgdat_init_report_one_done();
1529                 return 0;
1530         }
1531
1532         /* Sanity check boundaries */
1533         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1534         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1535         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1536
1537         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1538         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1539                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1540                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1541                         break;
1542         }
1543         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1544
1545         /*
1546          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1547          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1548          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1549          * page in __free_one_page()).
1550          */
1551         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1552                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1553                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1554                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1555         }
1556         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1557                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1558                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1559                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1560         }
1561         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1562
1563         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1564         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1565
1566         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1567                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1568
1569         pgdat_init_report_one_done();
1570         return 0;
1571 }
1572
1573 /*
1574  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1575  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1576  * and we can permanently disable that path.
1577  */
1578 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1579
1580 /*
1581  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1582  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1583  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1584  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1585  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1586  *
1587  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1588  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1589  * enough pages to satisfy the allocation.
1590  *
1591  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1592  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1593  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1594  */
1595 static noinline bool __init
1596 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1597 {
1598         int zid = zone_idx(zone);
1599         int nid = zone_to_nid(zone);
1600         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1601         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1602         unsigned long nr_pages = 0;
1603         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1604         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1605         phys_addr_t spa, epa;
1606         u64 i;
1607
1608         /* Only the last zone may have deferred pages */
1609         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1610                 return false;
1611
1612         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1613
1614         /*
1615          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1616          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1617          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1618          * has this static branch.
1619          */
1620         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1621                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1622                 return true;
1623         }
1624
1625         /*
1626          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1627          * true, as there might be enough pages already.
1628          */
1629         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1630                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1631                 return true;
1632         }
1633
1634         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1635
1636         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1637                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1638                 return false;
1639         }
1640
1641         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1642                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1643                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1644
1645                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1646                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1647                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1648                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1649                                                         first_deferred_pfn);
1650                         spfn = first_deferred_pfn;
1651                 }
1652
1653                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1654                         break;
1655         }
1656
1657         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1658                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1659                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1660                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1661
1662                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1663                         break;
1664         }
1665         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1666         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1667
1668         return nr_pages > 0;
1669 }
1670
1671 /*
1672  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1673  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1674  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1675  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1676  */
1677 static bool __ref
1678 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1679 {
1680         return deferred_grow_zone(zone, order);
1681 }
1682
1683 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1684
1685 void __init page_alloc_init_late(void)
1686 {
1687         struct zone *zone;
1688
1689 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1690         int nid;
1691
1692         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1693         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1694         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1695                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1696         }
1697
1698         /* Block until all are initialised */
1699         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1700
1701         /*
1702          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1703          * on-demand struct page initialization.
1704          */
1705         static_branch_disable(&deferred_pages);
1706
1707         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1708         files_maxfiles_init();
1709 #endif
1710 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1711         /* Discard memblock private memory */
1712         memblock_discard();
1713 #endif
1714
1715         for_each_populated_zone(zone)
1716                 set_zone_contiguous(zone);
1717 }
1718
1719 #ifdef CONFIG_CMA
1720 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1721 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1722 {
1723         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1724         struct page *p = page;
1725
1726         do {
1727                 __ClearPageReserved(p);
1728                 set_page_count(p, 0);
1729         } while (++p, --i);
1730
1731         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1732
1733         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1734                 i = pageblock_nr_pages;
1735                 p = page;
1736                 do {
1737                         set_page_refcounted(p);
1738                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1739                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1740                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1741         } else {
1742                 set_page_refcounted(page);
1743                 __free_pages(page, pageblock_order);
1744         }
1745
1746         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1747 }
1748 #endif
1749
1750 /*
1751  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1752  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1753  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1754  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1755  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1756  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1757  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1758  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1759  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1760  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1761  *
1762  * -- nyc
1763  */
1764 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1765         int low, int high, struct free_area *area,
1766         int migratetype)
1767 {
1768         unsigned long size = 1 << high;
1769
1770         while (high > low) {
1771                 area--;
1772                 high--;
1773                 size >>= 1;
1774                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1775
1776                 /*
1777                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1778                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1779                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1780                  * pages will stay not present in virtual address space
1781                  */
1782                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1783                         continue;
1784
1785                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1786                 area->nr_free++;
1787                 set_page_order(&page[size], high);
1788         }
1789 }
1790
1791 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1792 {
1793         const char *bad_reason = NULL;
1794         unsigned long bad_flags = 0;
1795
1796         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1797                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1798         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1799                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1800         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1801                 bad_reason = "nonzero _count";
1802         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1803                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1804                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1805                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1806                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1807                 return;
1808         }
1809         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1810                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1811                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1812         }
1813 #ifdef CONFIG_MEMCG
1814         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1815                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1816 #endif
1817         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1818 }
1819
1820 /*
1821  * This page is about to be returned from the page allocator
1822  */
1823 static inline int check_new_page(struct page *page)
1824 {
1825         if (likely(page_expected_state(page,
1826                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1827                 return 0;
1828
1829         check_new_page_bad(page);
1830         return 1;
1831 }
1832
1833 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1834 {
1835         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1836                 page_poisoning_enabled();
1837 }
1838
1839 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1840 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1841 {
1842         return false;
1843 }
1844
1845 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1846 {
1847         return check_new_page(page);
1848 }
1849 #else
1850 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1851 {
1852         return check_new_page(page);
1853 }
1854 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1855 {
1856         return false;
1857 }
1858 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1859
1860 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1861 {
1862         int i;
1863         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1864                 struct page *p = page + i;
1865
1866                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1867                         return true;
1868         }
1869
1870         return false;
1871 }
1872
1873 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1874                                 gfp_t gfp_flags)
1875 {
1876         set_page_private(page, 0);
1877         set_page_refcounted(page);
1878
1879         arch_alloc_page(page, order);
1880         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1881         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1882         kasan_alloc_pages(page, order);
1883         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1884 }
1885
1886 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1887                                                         unsigned int alloc_flags)
1888 {
1889         int i;
1890
1891         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1892
1893         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1894                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1895                         clear_highpage(page + i);
1896
1897         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1898                 prep_compound_page(page, order);
1899
1900         /*
1901          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1902          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1903          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1904          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1905          */
1906         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1907                 set_page_pfmemalloc(page);
1908         else
1909                 clear_page_pfmemalloc(page);
1910 }
1911
1912 /*
1913  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1914  * the smallest available page from the freelists
1915  */
1916 static __always_inline
1917 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1918                                                 int migratetype)
1919 {
1920         unsigned int current_order;
1921         struct free_area *area;
1922         struct page *page;
1923
1924         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1925         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1926                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1927                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1928                                                         struct page, lru);
1929                 if (!page)
1930                         continue;
1931                 list_del(&page->lru);
1932                 rmv_page_order(page);
1933                 area->nr_free--;
1934                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1935                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1936                 return page;
1937         }
1938
1939         return NULL;
1940 }
1941
1942
1943 /*
1944  * This array describes the order lists are fallen back to when
1945  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1946  */
1947 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1948         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1949         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1950         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1951 #ifdef CONFIG_CMA
1952         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1953 #endif
1954 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1955         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1956 #endif
1957 };
1958
1959 #ifdef CONFIG_CMA
1960 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1961                                         unsigned int order)
1962 {
1963         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1964 }
1965 #else
1966 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1967                                         unsigned int order) { return NULL; }
1968 #endif
1969
1970 /*
1971  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1972  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1973  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1974  */
1975 static int move_freepages(struct zone *zone,
1976                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1977                           int migratetype, int *num_movable)
1978 {
1979         struct page *page;
1980         unsigned int order;
1981         int pages_moved = 0;
1982
1983 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1984         /*
1985          * page_zone is not safe to call in this context when
1986          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1987          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1988          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1989          * grouping pages by mobility
1990          */
1991         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
1992                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
1993                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1994 #endif
1995
1996         if (num_movable)
1997                 *num_movable = 0;
1998
1999         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2000                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2001                         page++;
2002                         continue;
2003                 }
2004
2005                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2006                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2007
2008                 if (!PageBuddy(page)) {
2009                         /*
2010                          * We assume that pages that could be isolated for
2011                          * migration are movable. But we don't actually try
2012                          * isolating, as that would be expensive.
2013                          */
2014                         if (num_movable &&
2015                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2016                                 (*num_movable)++;
2017
2018                         page++;
2019                         continue;
2020                 }
2021
2022                 order = page_order(page);
2023                 list_move(&page->lru,
2024                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2025                 page += 1 << order;
2026                 pages_moved += 1 << order;
2027         }
2028
2029         return pages_moved;
2030 }
2031
2032 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2033                                 int migratetype, int *num_movable)
2034 {
2035         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2036         struct page *start_page, *end_page;
2037
2038         start_pfn = page_to_pfn(page);
2039         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2040         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2041         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2042         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2043
2044         /* Do not cross zone boundaries */
2045         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2046                 start_page = page;
2047         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2048                 return 0;
2049
2050         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2051                                                                 num_movable);
2052 }
2053
2054 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2055                                         int start_order, int migratetype)
2056 {
2057         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2058
2059         while (nr_pageblocks--) {
2060                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2061                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2062         }
2063 }
2064
2065 /*
2066  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2067  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2068  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2069  *
2070  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2071  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2072  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2073  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2074  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2075  * pageblocks.
2076  */
2077 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2078 {
2079         /*
2080          * Leaving this order check is intended, although there is
2081          * relaxed order check in next check. The reason is that
2082          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2083          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2084          * so could be changed anytime.
2085          */
2086         if (order >= pageblock_order)
2087                 return true;
2088
2089         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2090                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2091                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2092                 page_group_by_mobility_disabled)
2093                 return true;
2094
2095         return false;
2096 }
2097
2098 /*
2099  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2100  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2101  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2102  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2103  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2104  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2105  */
2106 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2107                                         int start_type, bool whole_block)
2108 {
2109         unsigned int current_order = page_order(page);
2110         struct free_area *area;
2111         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2112         int old_block_type;
2113
2114         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2115
2116         /*
2117          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2118          * highatomic accounting.
2119          */
2120         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2121                 goto single_page;
2122
2123         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2124         if (current_order >= pageblock_order) {
2125                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2126                 goto single_page;
2127         }
2128
2129         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2130         if (!whole_block)
2131                 goto single_page;
2132
2133         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2134                                                 &movable_pages);
2135         /*
2136          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2137          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2138          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2139          */
2140         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2141                 alike_pages = movable_pages;
2142         } else {
2143                 /*
2144                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2145                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2146                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2147                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2148                  * exact migratetype of non-movable pages.
2149                  */
2150                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2151                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2152                                                 - (free_pages + movable_pages);
2153                 else
2154                         alike_pages = 0;
2155         }
2156
2157         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2158         if (!free_pages)
2159                 goto single_page;
2160
2161         /*
2162          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2163          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2164          */
2165         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2166                         page_group_by_mobility_disabled)
2167                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2168
2169         return;
2170
2171 single_page:
2172         area = &zone->free_area[current_order];
2173         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2174 }
2175
2176 /*
2177  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2178  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2179  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2180  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2181  */
2182 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2183                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2184 {
2185         int i;
2186         int fallback_mt;
2187
2188         if (area->nr_free == 0)
2189                 return -1;
2190
2191         *can_steal = false;
2192         for (i = 0;; i++) {
2193                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2194                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2195                         break;
2196
2197                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2198                         continue;
2199
2200                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2201                         *can_steal = true;
2202
2203                 if (!only_stealable)
2204                         return fallback_mt;
2205
2206                 if (*can_steal)
2207                         return fallback_mt;
2208         }
2209
2210         return -1;
2211 }
2212
2213 /*
2214  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2215  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2216  */
2217 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2218                                 unsigned int alloc_order)
2219 {
2220         int mt;
2221         unsigned long max_managed, flags;
2222
2223         /*
2224          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2225          * Check is race-prone but harmless.
2226          */
2227         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2228         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2229                 return;
2230
2231         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2232
2233         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2234         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2235                 goto out_unlock;
2236
2237         /* Yoink! */
2238         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2239         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2240             && !is_migrate_cma(mt)) {
2241                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2242                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2243                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2244         }
2245
2246 out_unlock:
2247         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2252  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2253  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2254  * to recover from than an OOM.
2255  *
2256  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2257  * pageblock is exhausted.
2258  */
2259 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2260                                                 bool force)
2261 {
2262         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2263         unsigned long flags;
2264         struct zoneref *z;
2265         struct zone *zone;
2266         struct page *page;
2267         int order;
2268         bool ret;
2269
2270         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2271                                                                 ac->nodemask) {
2272                 /*
2273                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2274                  * is really high.
2275                  */
2276                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2277                                         pageblock_nr_pages)
2278                         continue;
2279
2280                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2281                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2282                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2283
2284                         page = list_first_entry_or_null(
2285                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2286                                         struct page, lru);
2287                         if (!page)
2288                                 continue;
2289
2290                         /*
2291                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2292                          * we can counter several free pages in a pageblock
2293                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2294                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2295                          * adjust the count once.
2296                          */
2297                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2298                                 /*
2299                                  * It should never happen but changes to
2300                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2301                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2302                                  * while unreserving so be safe and watch for
2303                                  * underflows.
2304                                  */
2305                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2306                                                 pageblock_nr_pages,
2307                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2308                         }
2309
2310                         /*
2311                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2312                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2313                          * is doing the work and needs the pages. More
2314                          * importantly, if the block was always converted to
2315                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2316                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2317                          * may increase.
2318                          */
2319                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2320                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2321                                                                         NULL);
2322                         if (ret) {
2323                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2324                                 return ret;
2325                         }
2326                 }
2327                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2328         }
2329
2330         return false;
2331 }
2332
2333 /*
2334  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2335  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2336  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2337  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2338  *
2339  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2340  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2341  * condition simpler.
2342  */
2343 static __always_inline bool
2344 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2345 {
2346         struct free_area *area;
2347         int current_order;
2348         struct page *page;
2349         int fallback_mt;
2350         bool can_steal;
2351
2352         /*
2353          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2354          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2355          * would be too costly to do exactly.
2356          */
2357         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2358                                 --current_order) {
2359                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2360                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2361                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2362                 if (fallback_mt == -1)
2363                         continue;
2364
2365                 /*
2366                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2367                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2368                  * steal and split the smallest available page instead of the
2369                  * largest available page, because even if the next movable
2370                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2371                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2372                  */
2373                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2374                                         && current_order > order)
2375                         goto find_smallest;
2376
2377                 goto do_steal;
2378         }
2379
2380         return false;
2381
2382 find_smallest:
2383         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2384                                                         current_order++) {
2385                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2386                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2387                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2388                 if (fallback_mt != -1)
2389                         break;
2390         }
2391
2392         /*
2393          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2394          * when looking for the largest page.
2395          */
2396         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2397
2398 do_steal:
2399         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2400                                                         struct page, lru);
2401
2402         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2403
2404         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2405                 start_migratetype, fallback_mt);
2406
2407         return true;
2408
2409 }
2410
2411 /*
2412  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2413  * Call me with the zone->lock already held.
2414  */
2415 static __always_inline struct page *
2416 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2417 {
2418         struct page *page;
2419
2420 retry:
2421         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2422         if (unlikely(!page)) {
2423                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2424                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2425
2426                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2427                         goto retry;
2428         }
2429
2430         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2431         return page;
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2436  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2437  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2438  */
2439 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2440                         unsigned long count, struct list_head *list,
2441                         int migratetype)
2442 {
2443         int i, alloced = 0;
2444
2445         spin_lock(&zone->lock);
2446         for (i = 0; i < count; ++i) {
2447                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2448                 if (unlikely(page == NULL))
2449                         break;
2450
2451                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2452                         continue;
2453
2454                 /*
2455                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2456                  * physical page order. The page is added to the tail of
2457                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2458                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2459                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2460                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2461                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2462                  * pages are ordered properly.
2463                  */
2464                 list_add_tail(&page->lru, list);
2465                 alloced++;
2466                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2467                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2468                                               -(1 << order));
2469         }
2470
2471         /*
2472          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2473          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2474          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2475          * pages added to the pcp list.
2476          */
2477         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2478         spin_unlock(&zone->lock);
2479         return alloced;
2480 }
2481
2482 #ifdef CONFIG_NUMA
2483 /*
2484  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2485  * currently executing processor on remote nodes after they have
2486  * expired.
2487  *
2488  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2489  * a single processor.
2490  */
2491 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2492 {
2493         unsigned long flags;
2494         int to_drain, batch;
2495
2496         local_irq_save(flags);
2497         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2498         to_drain = min(pcp->count, batch);
2499         if (to_drain > 0)
2500                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2501         local_irq_restore(flags);
2502 }
2503 #endif
2504
2505 /*
2506  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2507  *
2508  * The processor must either be the current processor and the
2509  * thread pinned to the current processor or a processor that
2510  * is not online.
2511  */
2512 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2513 {
2514         unsigned long flags;
2515         struct per_cpu_pageset *pset;
2516         struct per_cpu_pages *pcp;
2517
2518         local_irq_save(flags);
2519         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2520
2521         pcp = &pset->pcp;
2522         if (pcp->count)
2523                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2524         local_irq_restore(flags);
2525 }
2526
2527 /*
2528  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2529  *
2530  * The processor must either be the current processor and the
2531  * thread pinned to the current processor or a processor that
2532  * is not online.
2533  */
2534 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2535 {
2536         struct zone *zone;
2537
2538         for_each_populated_zone(zone) {
2539                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2540         }
2541 }
2542
2543 /*
2544  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2545  *
2546  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2547  * the single zone's pages.
2548  */
2549 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2550 {
2551         int cpu = smp_processor_id();
2552
2553         if (zone)
2554                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2555         else
2556                 drain_pages(cpu);
2557 }
2558
2559 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2560 {
2561         /*
2562          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2563          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2564          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2565          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2566          * a different one.
2567          */
2568         preempt_disable();
2569         drain_local_pages(NULL);
2570         preempt_enable();
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2575  *
2576  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2577  *
2578  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2579  */
2580 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2581 {
2582         int cpu;
2583
2584         /*
2585          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2586          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2587          */
2588         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2589
2590         /*
2591          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2592          * initialized.
2593          */
2594         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2595                 return;
2596
2597         /*
2598          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2599          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2600          * the drain to be complete when the call returns.
2601          */
2602         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2603                 if (!zone)
2604                         return;
2605                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2606         }
2607
2608         /*
2609          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2610          * as offline notification will cause the notified
2611          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2612          * disables preemption as part of its processing
2613          */
2614         for_each_online_cpu(cpu) {
2615                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2616                 struct zone *z;
2617                 bool has_pcps = false;
2618
2619                 if (zone) {
2620                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2621                         if (pcp->pcp.count)
2622                                 has_pcps = true;
2623                 } else {
2624                         for_each_populated_zone(z) {
2625                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2626                                 if (pcp->pcp.count) {
2627                                         has_pcps = true;
2628                                         break;
2629                                 }
2630                         }
2631                 }
2632
2633                 if (has_pcps)
2634                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2635                 else
2636                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2637         }
2638
2639         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2640                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2641                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2642                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2643         }
2644         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2645                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2646
2647         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2648 }
2649
2650 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2651
2652 /*
2653  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2654  */
2655 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2656
2657 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2658 {
2659         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2660         unsigned long flags;
2661         unsigned int order, t;
2662         struct page *page;
2663
2664         if (zone_is_empty(zone))
2665                 return;
2666
2667         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2668
2669         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2670         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2671                 if (pfn_valid(pfn)) {
2672                         page = pfn_to_page(pfn);
2673
2674                         if (!--page_count) {
2675                                 touch_nmi_watchdog();
2676                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2677                         }
2678
2679                         if (page_zone(page) != zone)
2680                                 continue;
2681
2682                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2683                                 swsusp_unset_page_free(page);
2684                 }
2685
2686         for_each_migratetype_order(order, t) {
2687                 list_for_each_entry(page,
2688                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2689                         unsigned long i;
2690
2691                         pfn = page_to_pfn(page);
2692                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2693                                 if (!--page_count) {
2694                                         touch_nmi_watchdog();
2695                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2696                                 }
2697                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2698                         }
2699                 }
2700         }
2701         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2702 }
2703 #endif /* CONFIG_PM */
2704
2705 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2706 {
2707         int migratetype;
2708
2709         if (!free_pcp_prepare(page))
2710                 return false;
2711
2712         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2713         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2714         return true;
2715 }
2716
2717 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2718 {
2719         struct zone *zone = page_zone(page);
2720         struct per_cpu_pages *pcp;
2721         int migratetype;
2722
2723         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2724         __count_vm_event(PGFREE);
2725
2726         /*
2727          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2728          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2729          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2730          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2731          * excessively into the page allocator
2732          */
2733         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2734                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2735                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2736                         return;
2737                 }
2738                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2739         }
2740
2741         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2742         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2743         pcp->count++;
2744         if (pcp->count >= pcp->high) {
2745                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2746                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2747         }
2748 }
2749
2750 /*
2751  * Free a 0-order page
2752  */
2753 void free_unref_page(struct page *page)
2754 {
2755         unsigned long flags;
2756         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2757
2758         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2759                 return;
2760
2761         local_irq_save(flags);
2762         free_unref_page_commit(page, pfn);
2763         local_irq_restore(flags);
2764 }
2765
2766 /*
2767  * Free a list of 0-order pages
2768  */
2769 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2770 {
2771         struct page *page, *next;
2772         unsigned long flags, pfn;
2773         int batch_count = 0;
2774
2775         /* Prepare pages for freeing */
2776         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2777                 pfn = page_to_pfn(page);
2778                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2779                         list_del(&page->lru);
2780                 set_page_private(page, pfn);
2781         }
2782
2783         local_irq_save(flags);
2784         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2785                 unsigned long pfn = page_private(page);
2786
2787                 set_page_private(page, 0);
2788                 trace_mm_page_free_batched(page);
2789                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2790
2791                 /*
2792                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2793                  * a large list of pages to free.
2794                  */
2795                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2796                         local_irq_restore(flags);
2797                         batch_count = 0;
2798                         local_irq_save(flags);
2799                 }
2800         }
2801         local_irq_restore(flags);
2802 }
2803
2804 /*
2805  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2806  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2807  * Each sub-page must be freed individually.
2808  *
2809  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2810  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2811  */
2812 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2813 {
2814         int i;
2815
2816         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2817         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2818
2819         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2820                 set_page_refcounted(page + i);
2821         split_page_owner(page, order);
2822 }
2823 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2824
2825 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2826 {
2827         unsigned long watermark;
2828         struct zone *zone;
2829         int mt;
2830
2831         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2832
2833         zone = page_zone(page);
2834         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2835
2836         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2837                 /*
2838                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2839                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2840                  * watermark, because we already know our high-order page
2841                  * exists.
2842                  */
2843                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2844                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2845                         return 0;
2846
2847                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2848         }
2849
2850         /* Remove page from free list */
2851         list_del(&page->lru);
2852         zone->free_area[order].nr_free--;
2853         rmv_page_order(page);
2854
2855         /*
2856          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2857          * pageblock
2858          */
2859         if (order >= pageblock_order - 1) {
2860                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2861                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2862                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2863                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2864                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2865                                 set_pageblock_migratetype(page,
2866                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2867                 }
2868         }
2869
2870
2871         return 1UL << order;
2872 }
2873
2874 /*
2875  * Update NUMA hit/miss statistics
2876  *
2877  * Must be called with interrupts disabled.
2878  */
2879 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2880 {
2881 #ifdef CONFIG_NUMA
2882         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2883
2884         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2885         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2886                 return;
2887
2888         if (z->node != numa_node_id())
2889                 local_stat = NUMA_OTHER;
2890
2891         if (z->node == preferred_zone->node)
2892                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2893         else {
2894                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2895                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2896         }
2897         __inc_numa_state(z, local_stat);
2898 #endif
2899 }
2900
2901 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2902 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2903                         struct per_cpu_pages *pcp,
2904                         struct list_head *list)
2905 {
2906         struct page *page;
2907
2908         do {
2909                 if (list_empty(list)) {
2910                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2911                                         pcp->batch, list,
2912                                         migratetype);
2913                         if (unlikely(list_empty(list)))
2914                                 return NULL;
2915                 }
2916
2917                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2918                 list_del(&page->lru);
2919                 pcp->count--;
2920         } while (check_new_pcp(page));
2921
2922         return page;
2923 }
2924
2925 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2926 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2927                         struct zone *zone, unsigned int order,
2928                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2929 {
2930         struct per_cpu_pages *pcp;
2931         struct list_head *list;
2932         struct page *page;
2933         unsigned long flags;
2934
2935         local_irq_save(flags);
2936         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2937         list = &pcp->lists[migratetype];
2938         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2939         if (page) {
2940                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2941                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2942         }
2943         local_irq_restore(flags);
2944         return page;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2949  */
2950 static inline
2951 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2952                         struct zone *zone, unsigned int order,
2953                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2954                         int migratetype)
2955 {
2956         unsigned long flags;
2957         struct page *page;
2958
2959         if (likely(order == 0)) {
2960                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2961                                 gfp_flags, migratetype);
2962                 goto out;
2963         }
2964
2965         /*
2966          * We most definitely don't want callers attempting to
2967          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2968          */
2969         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2970         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2971
2972         do {
2973                 page = NULL;
2974                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2975                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2976                         if (page)
2977                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2978                 }
2979                 if (!page)
2980                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2981         } while (page && check_new_pages(page, order));
2982         spin_unlock(&zone->lock);
2983         if (!page)
2984                 goto failed;
2985         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2986                                   get_pcppage_migratetype(page));
2987
2988         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2989         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2990         local_irq_restore(flags);
2991
2992 out:
2993         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2994         return page;
2995
2996 failed:
2997         local_irq_restore(flags);
2998         return NULL;
2999 }
3000
3001 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3002
3003 static struct {
3004         struct fault_attr attr;
3005
3006         bool ignore_gfp_highmem;
3007         bool ignore_gfp_reclaim;
3008         u32 min_order;
3009 } fail_page_alloc = {
3010         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3011         .ignore_gfp_reclaim = true,
3012         .ignore_gfp_highmem = true,
3013         .min_order = 1,
3014 };
3015
3016 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3017 {
3018         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3019 }
3020 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3021
3022 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3023 {
3024         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3025                 return false;
3026         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3027                 return false;
3028         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3029                 return false;
3030         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3031                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3032                 return false;
3033
3034         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3035 }
3036
3037 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3038
3039 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3040 {
3041         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
3042         struct dentry *dir;
3043
3044         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3045                                         &fail_page_alloc.attr);
3046         if (IS_ERR(dir))
3047                 return PTR_ERR(dir);
3048
3049         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3050                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3051                 goto fail;
3052         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3053                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3054                 goto fail;
3055         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3056                                 &fail_page_alloc.min_order))
3057                 goto fail;
3058
3059         return 0;
3060 fail:
3061         debugfs_remove_recursive(dir);
3062
3063         return -ENOMEM;
3064 }
3065
3066 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3067
3068 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3069
3070 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3071
3072 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3073 {
3074         return false;
3075 }
3076
3077 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3078
3079 /*
3080  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3081  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3082  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3083  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3084  */
3085 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3086                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3087                          long free_pages)
3088 {
3089         long min = mark;
3090         int o;
3091         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3092
3093         /* free_pages may go negative - that's OK */
3094         free_pages -= (1 << order) - 1;
3095
3096         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3097                 min -= min / 2;
3098
3099         /*
3100          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3101          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3102          * atomic reserve but it avoids a search.
3103          */
3104         if (likely(!alloc_harder)) {
3105                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3106         } else {
3107                 /*
3108                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3109                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3110                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3111                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3112                  */
3113                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3114                         min -= min / 2;
3115                 else
3116                         min -= min / 4;
3117         }
3118
3119
3120 #ifdef CONFIG_CMA
3121         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3122         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3123                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3124 #endif
3125
3126         /*
3127          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3128          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3129          * even if a suitable page happened to be free.
3130          */
3131         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3132                 return false;
3133
3134         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3135         if (!order)
3136                 return true;
3137
3138         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3139         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3140                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3141                 int mt;
3142
3143                 if (!area->nr_free)
3144                         continue;
3145
3146                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3147                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3148                                 return true;
3149                 }
3150
3151 #ifdef CONFIG_CMA
3152                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3153                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3154                         return true;
3155                 }
3156 #endif
3157                 if (alloc_harder &&
3158                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3159                         return true;
3160         }
3161         return false;
3162 }
3163
3164 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3165                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3166 {
3167         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3168                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3169 }
3170
3171 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3172                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3173 {
3174         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3175         long cma_pages = 0;
3176
3177 #ifdef CONFIG_CMA
3178         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3179         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3180                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3181 #endif
3182
3183         /*
3184          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3185          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3186          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3187          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3188          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3189          */
3190         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3191                 return true;
3192
3193         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3194                                         free_pages);
3195 }
3196
3197 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3198                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3199 {
3200         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3201
3202         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3203                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3204
3205         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3206                                                                 free_pages);
3207 }
3208
3209 #ifdef CONFIG_NUMA
3210 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3211 {
3212         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3213                                 RECLAIM_DISTANCE;
3214 }
3215 #else   /* CONFIG_NUMA */
3216 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3217 {
3218         return true;
3219 }
3220 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3221
3222 /*
3223  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3224  * a page.
3225  */
3226 static struct page *
3227 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3228                                                 const struct alloc_context *ac)
3229 {
3230         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3231         struct zone *zone;
3232         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3233
3234         /*
3235          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3236          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3237          */
3238         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3239                                                                 ac->nodemask) {
3240                 struct page *page;
3241                 unsigned long mark;
3242
3243                 if (cpusets_enabled() &&
3244                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3245                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3246                                 continue;
3247                 /*
3248                  * When allocating a page cache page for writing, we
3249                  * want to get it from a node that is within its dirty
3250                  * limit, such that no single node holds more than its
3251                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3252                  * The dirty limits take into account the node's
3253                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3254                  * should be able to balance it without having to
3255                  * write pages from its LRU list.
3256                  *
3257                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3258                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3259                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3260                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3261                  * nodes are together not big enough to reach the
3262                  * global limit.  The proper fix for these situations
3263                  * will require awareness of nodes in the
3264                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3265                  */
3266                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3267                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3268                                 continue;
3269
3270                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3271                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3272                                 continue;
3273                         }
3274                 }
3275
3276                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3277                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3278                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3279                         int ret;
3280
3281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3282                         /*
3283                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3284                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3285                          */
3286                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3287                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3288                                         goto try_this_zone;
3289                         }
3290 #endif
3291                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3292                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3293                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3294                                 goto try_this_zone;
3295
3296                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3297                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3298                                 continue;
3299
3300                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3301                         switch (ret) {
3302                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3303                                 /* did not scan */
3304                                 continue;
3305                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3306                                 /* scanned but unreclaimable */
3307                                 continue;
3308                         default:
3309                                 /* did we reclaim enough */
3310                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3311                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3312                                         goto try_this_zone;
3313
3314                                 continue;
3315                         }
3316                 }
3317
3318 try_this_zone:
3319                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3320                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3321                 if (page) {
3322                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3323
3324                         /*
3325                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3326                          * if the pageblock should be reserved for the future
3327                          */
3328                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3329                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3330
3331                         return page;
3332                 } else {
3333 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3334                         /* Try again if zone has deferred pages */
3335                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3336                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3337                                         goto try_this_zone;
3338                         }
3339 #endif
3340                 }
3341         }
3342
3343         return NULL;
3344 }
3345
3346 /*
3347  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3348  * meminfo in irq context.
3349  */
3350 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3351 {
3352         bool ret = false;
3353
3354 #if NODES_SHIFT > 8
3355         ret = in_interrupt();
3356 #endif
3357         return ret;
3358 }
3359
3360 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3361 {
3362         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3363         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3364
3365         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3366                 return;
3367
3368         /*
3369          * This documents exceptions given to allocations in certain
3370          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3371          * of allowed nodes.
3372          */
3373         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3374                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3375                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3376                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3377         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3378                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3379
3380         show_mem(filter, nodemask);
3381 }
3382
3383 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3384 {
3385         struct va_format vaf;
3386         va_list args;
3387         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3388                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3389
3390         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3391                 return;
3392
3393         va_start(args, fmt);
3394         vaf.fmt = fmt;
3395         vaf.va = &args;
3396         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3397                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3398                         nodemask_pr_args(nodemask));
3399         va_end(args);
3400
3401         cpuset_print_current_mems_allowed();
3402
3403         dump_stack();
3404         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3405 }
3406
3407 static inline struct page *
3408 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3409                               unsigned int alloc_flags,
3410                               const struct alloc_context *ac)
3411 {
3412         struct page *page;
3413
3414         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3415                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3416         /*
3417          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3418          * are depleted
3419          */
3420         if (!page)
3421                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3422                                 alloc_flags, ac);
3423
3424         return page;
3425 }
3426
3427 static inline struct page *
3428 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3429         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3430 {
3431         struct oom_control oc = {
3432                 .zonelist = ac->zonelist,
3433                 .nodemask = ac->nodemask,
3434                 .memcg = NULL,
3435                 .gfp_mask = gfp_mask,
3436                 .order = order,
3437         };
3438         struct page *page;
3439
3440         *did_some_progress = 0;
3441
3442         /*
3443          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3444          * making progress for us.
3445          */
3446         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3447                 *did_some_progress = 1;
3448                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3449                 return NULL;
3450         }
3451
3452         /*
3453          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3454          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3455          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3456          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3457          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3458          */
3459         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3460                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3461                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3462         if (page)
3463                 goto out;
3464
3465         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3466         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3467                 goto out;
3468         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3469         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3470                 goto out;
3471         /*
3472          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3473          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3474          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3475          * fallback than shooting a random task.
3476          */
3477         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3478                 goto out;
3479         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3480         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3481                 goto out;
3482         if (pm_suspended_storage())
3483                 goto out;
3484         /*
3485          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3486          * other request to make a forward progress.
3487          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3488          * do much for this context but let's try it to at least get
3489          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3490          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3491          * failures more gracefully we should just bail out here.
3492          */
3493
3494         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3495         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3496                 goto out;
3497
3498         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3499         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3500                 *did_some_progress = 1;
3501
3502                 /*
3503                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3504                  * reserves
3505                  */
3506                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3507                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3508                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3509         }
3510 out:
3511         mutex_unlock(&oom_lock);
3512         return page;
3513 }
3514
3515 /*
3516  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3517  * killer is consider as the only way to move forward.
3518  */
3519 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3520
3521 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3522 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3523 static struct page *
3524 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3525                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3526                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3527 {
3528         struct page *page;
3529         unsigned int noreclaim_flag;
3530
3531         if (!order)
3532                 return NULL;
3533
3534         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3535         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3536                                                                         prio);
3537         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3538
3539         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3540                 return NULL;
3541
3542         /*
3543          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3544          * count a compaction stall
3545          */
3546         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3547
3548         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3549
3550         if (page) {
3551                 struct zone *zone = page_zone(page);
3552
3553                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3554                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3555                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3556                 return page;
3557         }
3558
3559         /*
3560          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3561          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3562          */
3563         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3564
3565         cond_resched();
3566
3567         return NULL;
3568 }
3569
3570 static inline bool
3571 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3572                      enum compact_result compact_result,
3573                      enum compact_priority *compact_priority,
3574                      int *compaction_retries)
3575 {
3576         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3577         int min_priority;
3578         bool ret = false;
3579         int retries = *compaction_retries;
3580         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3581
3582         if (!order)
3583                 return false;
3584
3585         if (compaction_made_progress(compact_result))
3586                 (*compaction_retries)++;
3587
3588         /*
3589          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3590          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3591          * failure could be caused by insufficient priority
3592          */
3593         if (compaction_failed(compact_result))
3594                 goto check_priority;
3595
3596         /*
3597          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3598          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3599          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3600          * compaction.
3601          */
3602         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3603                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3604                 goto out;
3605         }
3606
3607         /*
3608          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3609          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3610          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3611          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3612          * would need much more detailed feedback from compaction to
3613          * make a better decision.
3614          */
3615         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3616                 max_retries /= 4;
3617         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3618                 ret = true;
3619                 goto out;
3620         }
3621
3622         /*
3623          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3624          * all retries or failed at the lower priorities.
3625          */
3626 check_priority:
3627         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3628                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3629
3630         if (*compact_priority > min_priority) {
3631                 (*compact_priority)--;
3632                 *compaction_retries = 0;
3633                 ret = true;
3634         }
3635 out:
3636         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3637         return ret;
3638 }
3639 #else
3640 static inline struct page *
3641 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3642                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3643                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3644 {
3645         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3646         return NULL;
3647 }
3648
3649 static inline bool
3650 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3651                      enum compact_result compact_result,
3652                      enum compact_priority *compact_priority,
3653                      int *compaction_retries)
3654 {
3655         struct zone *zone;
3656         struct zoneref *z;
3657
3658         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3659                 return false;
3660
3661         /*
3662          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3663          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3664          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3665          * watermarks are OK.
3666          */
3667         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3668                                         ac->nodemask) {
3669                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3670                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3671                         return true;
3672         }
3673         return false;
3674 }
3675 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3676
3677 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3678 struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3679         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3680
3681 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3682 {
3683         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3684
3685         /* no reclaim without waiting on it */
3686         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3687                 return false;
3688
3689         /* this guy won't enter reclaim */
3690         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3691                 return false;
3692
3693         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3694         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3695                 return false;
3696
3697         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3698                 return false;
3699
3700         return true;
3701 }
3702
3703 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3704 {
3705         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3706                 lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3707 }
3708 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3709
3710 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3711 {
3712         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3713                 lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3714 }
3715 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3716 #endif
3717
3718 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3719 static int
3720 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3721                                         const struct alloc_context *ac)
3722 {
3723         struct reclaim_state reclaim_state;
3724         int progress;
3725         unsigned int noreclaim_flag;
3726
3727         cond_resched();
3728
3729         /* We now go into synchronous reclaim */
3730         cpuset_memory_pressure_bump();
3731         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3732         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3733         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3734         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3735
3736         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3737                                                                 ac->nodemask);
3738
3739         current->reclaim_state = NULL;
3740         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3741         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3742
3743         cond_resched();
3744
3745         return progress;
3746 }
3747
3748 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3749 static inline struct page *
3750 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3751                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3752                 unsigned long *did_some_progress)
3753 {
3754         struct page *page = NULL;
3755         bool drained = false;
3756
3757         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3758         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3759                 return NULL;
3760
3761 retry:
3762         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3763
3764         /*
3765          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3766          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3767          * Shrink them them and try again
3768          */
3769         if (!page && !drained) {
3770                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3771                 drain_all_pages(NULL);
3772                 drained = true;
3773                 goto retry;
3774         }
3775
3776         return page;
3777 }
3778
3779 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3780 {
3781         struct zoneref *z;
3782         struct zone *zone;
3783         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3784
3785         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3786                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3787                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3788                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3789                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3790         }
3791 }
3792
3793 static inline unsigned int
3794 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3795 {
3796         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3797
3798         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3799         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3800
3801         /*
3802          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3803          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3804          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3805          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3806          */
3807         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3808
3809         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3810                 /*
3811                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3812                  * if it can't schedule.
3813                  */
3814                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3815                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3816                 /*
3817                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3818                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3819                  */
3820                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3821         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3822                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3823
3824 #ifdef CONFIG_CMA
3825         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3826                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3827 #endif
3828         return alloc_flags;
3829 }
3830
3831 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3832 {
3833         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3834                 return false;
3835
3836         /*
3837          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3838          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3839          */
3840         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3841                 return false;
3842
3843         return true;
3844 }
3845
3846 /*
3847  * Distinguish requests which really need access to full memory
3848  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3849  */
3850 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3851 {
3852         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3853                 return 0;
3854         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3855                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3856         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3857                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3858         if (!in_interrupt()) {
3859                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3860                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3861                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3862                         return ALLOC_OOM;
3863         }
3864
3865         return 0;
3866 }
3867
3868 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3869 {
3870         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3871 }
3872
3873 /*
3874  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3875  * for the given allocation request.
3876  *
3877  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3878  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3879  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3880  *
3881  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3882  */
3883 static inline bool
3884 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3885                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3886                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3887 {
3888         struct zone *zone;
3889         struct zoneref *z;
3890
3891         /*
3892          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3893          * their order will become available due to high fragmentation so
3894          * always increment the no progress counter for them
3895          */
3896         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3897                 *no_progress_loops = 0;
3898         else
3899                 (*no_progress_loops)++;
3900
3901         /*
3902          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3903          * several times in the row.
3904          */
3905         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3906                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3907                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3908         }
3909
3910         /*
3911          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3912          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3913          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3914          * screwed and have to go OOM.
3915          */
3916         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3917                                         ac->nodemask) {
3918                 unsigned long available;
3919                 unsigned long reclaimable;
3920                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3921                 bool wmark;
3922
3923                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3924                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3925
3926                 /*
3927                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3928                  * reclaimable pages?
3929                  */
3930                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3931                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3932                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3933                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3934                 if (wmark) {
3935                         /*
3936                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3937                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3938                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3939                          * prevent from pre mature OOM
3940                          */
3941                         if (!did_some_progress) {
3942                                 unsigned long write_pending;
3943
3944                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3945                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3946
3947                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3948                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3949                                         return true;
3950                                 }
3951                         }
3952
3953                         /*
3954                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3955                          * context and the current implementation of the WQ
3956                          * concurrency control doesn't recognize that
3957                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3958                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3959                          * do a short sleep here rather than calling
3960                          * cond_resched().
3961                          */
3962                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3963                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3964                         else
3965                                 cond_resched();
3966
3967                         return true;
3968                 }
3969         }
3970
3971         return false;
3972 }
3973
3974 static inline bool
3975 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
3976 {
3977         /*
3978          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
3979          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
3980          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
3981          * such a way the check therein was true, and then it became false
3982          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
3983          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
3984          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
3985          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
3986          * caller can deal with a violated nodemask.
3987          */
3988         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
3989                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
3990                 ac->nodemask = NULL;
3991                 return true;
3992         }
3993
3994         /*
3995          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3996          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3997          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3998          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3999          * retry.
4000          */
4001         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4002                 return true;
4003
4004         return false;
4005 }
4006
4007 static inline struct page *
4008 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4009                                                 struct alloc_context *ac)
4010 {
4011         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4012         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4013         struct page *page = NULL;
4014         unsigned int alloc_flags;
4015         unsigned long did_some_progress;
4016         enum compact_priority compact_priority;
4017         enum compact_result compact_result;
4018         int compaction_retries;
4019         int no_progress_loops;
4020         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4021         int reserve_flags;
4022
4023         /*
4024          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4025          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4026          * be using allocators in order of preference for an area that is
4027          * too large.
4028          */
4029         if (order >= MAX_ORDER) {
4030                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4031                 return NULL;
4032         }
4033
4034         /*
4035          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4036          * callers that are not in atomic context.
4037          */
4038         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4039                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4040                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4041
4042 retry_cpuset:
4043         compaction_retries = 0;
4044         no_progress_loops = 0;
4045         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4046         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4047
4048         /*
4049          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4050          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4051          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4052          */
4053         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4054
4055         /*
4056          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4057          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4058          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4059          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4060          */
4061         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4062                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4063         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4064                 goto nopage;
4065
4066         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4067                 wake_all_kswapds(order, ac);
4068
4069         /*
4070          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4071          * that first
4072          */
4073         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4074         if (page)
4075                 goto got_pg;
4076
4077         /*
4078          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4079          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4080          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4081          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4082          * same migratetype.
4083          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4084          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4085          */
4086         if (can_direct_reclaim &&
4087                         (costly_order ||
4088                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4089                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4090                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4091                                                 alloc_flags, ac,
4092                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4093                                                 &compact_result);
4094                 if (page)
4095                         goto got_pg;
4096
4097                 /*
4098                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4099                  * includes THP page fault allocations
4100                  */
4101                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4102                         /*
4103                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4104                          * it is because sync compaction recently failed. If
4105                          * this is the case and the caller requested a THP
4106                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4107                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4108                          * direct reclaim.
4109                          */
4110                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4111                                 goto nopage;
4112
4113                         /*
4114                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4115                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4116                          * using async compaction.
4117                          */
4118                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4119                 }
4120         }
4121
4122 retry:
4123         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4124         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4125                 wake_all_kswapds(order, ac);
4126
4127         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4128         if (reserve_flags)
4129                 alloc_flags = reserve_flags;
4130
4131         /*
4132          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
4133          * These allocations are high priority and system rather than user
4134          * orientated.
4135          */
4136         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4137                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
4138                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4139                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4140         }
4141
4142         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4143         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4144         if (page)
4145                 goto got_pg;
4146
4147         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4148         if (!can_direct_reclaim)
4149                 goto nopage;
4150
4151         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4152         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4153                 goto nopage;
4154
4155         /* Try direct reclaim and then allocating */
4156         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4157                                                         &did_some_progress);
4158         if (page)
4159                 goto got_pg;
4160
4161         /* Try direct compaction and then allocating */
4162         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4163                                         compact_priority, &compact_result);
4164         if (page)
4165                 goto got_pg;
4166
4167         /* Do not loop if specifically requested */
4168         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4169                 goto nopage;
4170
4171         /*
4172          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4173          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4174          */
4175         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4176                 goto nopage;
4177
4178         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4179                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4180                 goto retry;
4181
4182         /*
4183          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4184          * reclaim is not able to make any progress because the current
4185          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4186          * of free memory (see __compaction_suitable)
4187          */
4188         if (did_some_progress > 0 &&
4189                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4190                                 compact_result, &compact_priority,
4191                                 &compaction_retries))
4192                 goto retry;
4193
4194
4195         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4196         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4197                 goto retry_cpuset;
4198
4199         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4200         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4201         if (page)
4202                 goto got_pg;
4203
4204         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4205         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4206             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4207              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4208                 goto nopage;
4209
4210         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4211         if (did_some_progress) {
4212                 no_progress_loops = 0;
4213                 goto retry;
4214         }
4215
4216 nopage:
4217         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4218         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4219                 goto retry_cpuset;
4220
4221         /*
4222          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4223          * we always retry
4224          */
4225         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4226                 /*
4227                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4228                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4229                  */
4230                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4231                         goto fail;
4232
4233                 /*
4234                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4235                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4236                  * for somebody to do a work for us
4237                  */
4238                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4239
4240                 /*
4241                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4242                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4243                  * so that we can identify them and convert them to something
4244                  * else.
4245                  */
4246                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4247
4248                 /*
4249                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4250                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4251                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4252                  * the situation worse
4253                  */
4254                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4255                 if (page)
4256                         goto got_pg;
4257
4258                 cond_resched();
4259                 goto retry;
4260         }
4261 fail:
4262         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4263                         "page allocation failure: order:%u", order);
4264 got_pg:
4265         return page;
4266 }
4267
4268 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4269                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4270                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4271                 unsigned int *alloc_flags)
4272 {
4273         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4274         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4275         ac->nodemask = nodemask;
4276         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4277
4278         if (cpusets_enabled()) {
4279                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4280                 if (!ac->nodemask)
4281                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4282                 else
4283                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4284         }
4285
4286         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4287         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4288
4289         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4290
4291         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4292                 return false;
4293
4294         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4295                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4296
4297         return true;
4298 }
4299
4300 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4301 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
4302                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
4303 {
4304         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4305         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4306
4307         /*
4308          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4309          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4310          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4311          */
4312         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4313                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4314 }
4315
4316 /*
4317  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4318  */
4319 struct page *
4320 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4321                                                         nodemask_t *nodemask)
4322 {
4323         struct page *page;
4324         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4325         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4326         struct alloc_context ac = { };
4327
4328         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4329         alloc_mask = gfp_mask;
4330         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4331                 return NULL;
4332
4333         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
4334
4335         /* First allocation attempt */
4336         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4337         if (likely(page))
4338                 goto out;
4339
4340         /*
4341          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4342          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4343          * from a particular context which has been marked by
4344          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4345          */
4346         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4347         ac.spread_dirty_pages = false;
4348
4349         /*
4350          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4351          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4352          */
4353         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4354                 ac.nodemask = nodemask;
4355
4356         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4357
4358 out:
4359         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4360             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4361                 __free_pages(page, order);
4362                 page = NULL;
4363         }
4364
4365         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4366
4367         return page;
4368 }
4369 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4370
4371 /*
4372  * Common helper functions.
4373  */
4374 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4375 {
4376         struct page *page;
4377
4378         /*
4379          * __get_free_pages() returns a virtual address, which cannot represent
4380          * a highmem page
4381          */
4382         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4383
4384         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4385         if (!page)
4386                 return 0;
4387         return (unsigned long) page_address(page);
4388 }
4389 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4390
4391 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4392 {
4393         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4394 }
4395 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4396
4397 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4398 {
4399         if (put_page_testzero(page)) {
4400                 if (order == 0)
4401                         free_unref_page(page);
4402                 else
4403                         __free_pages_ok(page, order);
4404         }
4405 }
4406
4407 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4408
4409 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4410 {
4411         if (addr != 0) {
4412                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4413                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4414         }
4415 }
4416
4417 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4418
4419 /*
4420  * Page Fragment:
4421  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4422  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4423  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4424  *
4425  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4426  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4427  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4428  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4429  */
4430 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4431                                              gfp_t gfp_mask)
4432 {
4433         struct page *page = NULL;
4434         gfp_t gfp = gfp_mask;
4435
4436 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4437         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4438                     __GFP_NOMEMALLOC;
4439         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4440                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4441         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4442 #endif
4443         if (unlikely(!page))
4444                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4445
4446         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4447
4448         return page;
4449 }
4450
4451 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4452 {
4453         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4454
4455         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4456                 unsigned int order = compound_order(page);
4457
4458                 if (order == 0)
4459                         free_unref_page(page);
4460                 else
4461                         __free_pages_ok(page, order);
4462         }
4463 }
4464 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4465
4466 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4467                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4468 {
4469         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4470         struct page *page;
4471         int offset;
4472
4473         if (unlikely(!nc->va)) {
4474 refill:
4475                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4476                 if (!page)
4477                         return NULL;
4478
4479 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4480                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4481                 size = nc->size;
4482 #endif
4483                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4484                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4485                  */
4486                 page_ref_add(page, size - 1);
4487
4488                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4489                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4490                 nc->pagecnt_bias = size;
4491                 nc->offset = size;
4492         }
4493
4494         offset = nc->offset - fragsz;
4495         if (unlikely(offset < 0)) {
4496                 page = virt_to_page(nc->va);
4497
4498                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4499                         goto refill;
4500
4501 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4502                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4503                 size = nc->size;
4504 #endif
4505                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4506                 set_page_count(page, size);
4507
4508                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4509                 nc->pagecnt_bias = size;
4510                 offset = size - fragsz;
4511         }
4512
4513         nc->pagecnt_bias--;
4514         nc->offset = offset;
4515
4516         return nc->va + offset;
4517 }
4518 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4519
4520 /*
4521  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4522  */
4523 void page_frag_free(void *addr)
4524 {
4525         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4526
4527         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4528                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4529 }
4530 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4531
4532 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4533                 size_t size)
4534 {
4535         if (addr) {
4536                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4537                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4538
4539                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4540                 while (used < alloc_end) {
4541                         free_page(used);
4542                         used += PAGE_SIZE;
4543                 }
4544         }
4545         return (void *)addr;
4546 }
4547
4548 /**
4549  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4550  * @size: the number of bytes to allocate
4551  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4552  *
4553  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4554  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4555  * allocate memory in power-of-two pages.
4556  *
4557  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4558  *
4559  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4560  */
4561 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4562 {
4563         unsigned int order = get_order(size);
4564         unsigned long addr;
4565
4566         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4567         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4568 }
4569 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4570
4571 /**
4572  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4573  *                         pages on a node.
4574  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4575  * @size: the number of bytes to allocate
4576  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4577  *
4578  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4579  * back.
4580  */
4581 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4582 {
4583         unsigned int order = get_order(size);
4584         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4585         if (!p)
4586                 return NULL;
4587         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4588 }
4589
4590 /**
4591  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4592  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4593  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4594  *
4595  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4596  */
4597 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4598 {
4599         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4600         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4601
4602         while (addr < end) {
4603                 free_page(addr);
4604                 addr += PAGE_SIZE;
4605         }
4606 }
4607 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4608
4609 /**
4610  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4611  * @offset: The zone index of the highest zone
4612  *
4613  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4614  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4615  * zone, the number of pages is calculated as:
4616  *
4617  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4618  */
4619 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4620 {
4621         struct zoneref *z;
4622         struct zone *zone;
4623
4624         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4625         unsigned long sum = 0;
4626
4627         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4628
4629         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4630                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4631                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4632                 if (size > high)
4633                         sum += size - high;
4634         }
4635
4636         return sum;
4637 }
4638
4639 /**
4640  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4641  *
4642  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4643  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4644  */
4645 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4646 {
4647         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4648 }
4649 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4650
4651 /**
4652  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4653  *
4654  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4655  * high watermark within all zones.
4656  */
4657 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4658 {
4659         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4660 }
4661
4662 static inline void show_node(struct zone *zone)
4663 {
4664         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4665                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4666 }
4667
4668 long si_mem_available(void)
4669 {
4670         long available;
4671         unsigned long pagecache;
4672         unsigned long wmark_low = 0;
4673         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4674         struct zone *zone;
4675         int lru;
4676
4677         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4678                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4679
4680         for_each_zone(zone)
4681                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4682
4683         /*
4684          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4685          * without causing swapping.
4686          */
4687         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4688
4689         /*
4690          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4691          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4692          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4693          */
4694         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4695         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4696         available += pagecache;
4697
4698         /*
4699          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4700          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4701          */
4702         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4703                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4704                          wmark_low);
4705
4706         if (available < 0)
4707                 available = 0;
4708         return available;
4709 }
4710 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4711
4712 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4713 {
4714         val->totalram = totalram_pages;
4715         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4716         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4717         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4718         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4719         val->freehigh = nr_free_highpages();
4720         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4721 }
4722
4723 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4724
4725 #ifdef CONFIG_NUMA
4726 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4727 {
4728         int zone_type;          /* needs to be signed */
4729         unsigned long managed_pages = 0;
4730         unsigned long managed_highpages = 0;
4731         unsigned long free_highpages = 0;
4732         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4733
4734         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4735                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4736         val->totalram = managed_pages;
4737         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4738         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4739 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4740         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4741                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4742
4743                 if (is_highmem(zone)) {
4744                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4745                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4746                 }
4747         }
4748         val->totalhigh = managed_highpages;
4749         val->freehigh = free_highpages;
4750 #else
4751         val->totalhigh = managed_highpages;
4752         val->freehigh = free_highpages;
4753 #endif
4754         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4755 }
4756 #endif
4757
4758 /*
4759  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4760  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4761  */
4762 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4763 {
4764         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4765                 return false;
4766
4767         /*
4768          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4769          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4770          * have to be precise here.
4771          */
4772         if (!nodemask)
4773                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4774
4775         return !node_isset(nid, *nodemask);
4776 }
4777
4778 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4779
4780 static void show_migration_types(unsigned char type)
4781 {
4782         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4783                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4784                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4785                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4786                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4787 #ifdef CONFIG_CMA
4788                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4789 #endif
4790 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4791                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4792 #endif
4793         };
4794         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4795         char *p = tmp;
4796         int i;
4797
4798         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4799                 if (type & (1 << i))
4800                         *p++ = types[i];
4801         }
4802
4803         *p = '\0';
4804         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4805 }
4806
4807 /*
4808  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4809  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4810  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4811  *
4812  * Bits in @filter:
4813  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4814  *   cpuset.
4815  */
4816 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4817 {
4818         unsigned long free_pcp = 0;
4819         int cpu;
4820         struct zone *zone;
4821         pg_data_t *pgdat;
4822
4823         for_each_populated_zone(zone) {
4824                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4825                         continue;
4826
4827                 for_each_online_cpu(cpu)
4828                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4829         }
4830
4831         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4832                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4833                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4834                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4835                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4836                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4837                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4838                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4839                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4840                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4841                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4842                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4843                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4844                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4845                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4846                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4847                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4848                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4849                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4850                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4851                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4852                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4853                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4854                 free_pcp,
4855                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4856
4857         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4858                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4859                         continue;
4860
4861                 printk("Node %d"
4862                         " active_anon:%lukB"
4863                         " inactive_anon:%lukB"
4864                         " active_file:%lukB"
4865                         " inactive_file:%lukB"
4866                         " unevictable:%lukB"
4867                         " isolated(anon):%lukB"
4868                         " isolated(file):%lukB"
4869                         " mapped:%lukB"
4870                         " dirty:%lukB"
4871                         " writeback:%lukB"
4872                         " shmem:%lukB"
4873 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4874                         " shmem_thp: %lukB"
4875                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4876                         " anon_thp: %lukB"
4877 #endif
4878                         " writeback_tmp:%lukB"
4879                         " unstable:%lukB"
4880                         " all_unreclaimable? %s"
4881                         "\n",
4882                         pgdat->node_id,
4883                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4884                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4885                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4886                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4887                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4888                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4889                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4890                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4891                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4892                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4893                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4894 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4895                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4896                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4897                                         * HPAGE_PMD_NR),
4898                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4899 #endif
4900                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4901                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4902                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4903                                 "yes" : "no");
4904         }
4905
4906         for_each_populated_zone(zone) {
4907                 int i;
4908
4909                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4910                         continue;
4911
4912                 free_pcp = 0;
4913                 for_each_online_cpu(cpu)
4914                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4915
4916                 show_node(zone);
4917                 printk(KERN_CONT
4918                         "%s"
4919                         " free:%lukB"
4920                         " min:%lukB"
4921                         " low:%lukB"
4922                         " high:%lukB"
4923                         " active_anon:%lukB"
4924                         " inactive_anon:%lukB"
4925                         " active_file:%lukB"
4926                         " inactive_file:%lukB"
4927                         " unevictable:%lukB"
4928                         " writepending:%lukB"
4929                         " present:%lukB"
4930                         " managed:%lukB"
4931                         " mlocked:%lukB"
4932                         " kernel_stack:%lukB"
4933                         " pagetables:%lukB"
4934                         " bounce:%lukB"
4935                         " free_pcp:%lukB"
4936                         " local_pcp:%ukB"
4937                         " free_cma:%lukB"
4938                         "\n",
4939                         zone->name,
4940                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4941                         K(min_wmark_pages(zone)),
4942                         K(low_wmark_pages(zone)),
4943                         K(high_wmark_pages(zone)),
4944                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4945                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4946                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4947                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4948                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4949                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4950                         K(zone->present_pages),
4951                         K(zone->managed_pages),
4952                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4953                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4954                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4955                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4956                         K(free_pcp),
4957                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4958                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4959                 printk("lowmem_reserve[]:");
4960                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4961                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4962                 printk(KERN_CONT "\n");
4963         }
4964
4965         for_each_populated_zone(zone) {
4966                 unsigned int order;
4967                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4968                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4969
4970                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4971                         continue;
4972                 show_node(zone);
4973                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4974
4975                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4976                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4977                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4978                         int type;
4979
4980                         nr[order] = area->nr_free;
4981                         total += nr[order] << order;
4982
4983                         types[order] = 0;
4984                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4985                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4986                                         types[order] |= 1 << type;
4987                         }
4988                 }
4989                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4990                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4991                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4992                                nr[order], K(1UL) << order);
4993                         if (nr[order])
4994                                 show_migration_types(types[order]);
4995                 }
4996                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4997         }
4998
4999         hugetlb_show_meminfo();
5000
5001         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5002
5003         show_swap_cache_info();
5004 }
5005
5006 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5007 {
5008         zoneref->zone = zone;
5009         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5010 }
5011
5012 /*
5013  * Builds allocation fallback zone lists.
5014  *
5015  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5016  */
5017 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5018 {
5019         struct zone *zone;
5020         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5021         int nr_zones = 0;
5022
5023         do {
5024                 zone_type--;
5025                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5026                 if (managed_zone(zone)) {
5027                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5028                         check_highest_zone(zone_type);
5029                 }
5030         } while (zone_type);
5031
5032         return nr_zones;
5033 }
5034
5035 #ifdef CONFIG_NUMA
5036
5037 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5038 {
5039         /*
5040          * We used to support different zonlists modes but they turned
5041          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5042          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5043          * not fail it silently
5044          */
5045         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5046                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5047                 return -EINVAL;
5048         }
5049         return 0;
5050 }
5051
5052 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5053 {
5054         if (!s)
5055                 return 0;
5056
5057         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5058 }
5059 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5060
5061 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5062
5063 /*
5064  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5065  */
5066 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5067                 void __user *buffer, size_t *length,
5068                 loff_t *ppos)
5069 {
5070         char *str;
5071         int ret;
5072
5073         if (!write)
5074                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5075         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5076         if (IS_ERR(str))
5077                 return PTR_ERR(str);
5078
5079         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5080         kfree(str);
5081         return ret;
5082 }
5083
5084
5085 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5086 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5087
5088 /**
5089  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5090  * @node: node whose fallback list we're appending
5091  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5092  *
5093  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5094  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5095  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5096  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5097  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5098  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5099  * on them otherwise.
5100  * It returns -1 if no node is found.
5101  */
5102 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5103 {
5104         int n, val;
5105         int min_val = INT_MAX;
5106         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5107         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5108
5109         /* Use the local node if we haven't already */
5110         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5111                 node_set(node, *used_node_mask);
5112                 return node;
5113         }
5114
5115         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5116
5117                 /* Don't want a node to appear more than once */
5118                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5119                         continue;
5120
5121                 /* Use the distance array to find the distance */
5122                 val = node_distance(node, n);
5123
5124                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5125                 val += (n < node);
5126
5127                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5128                 tmp = cpumask_of_node(n);
5129                 if (!cpumask_empty(tmp))
5130                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5131
5132                 /* Slight preference for less loaded node */
5133                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5134                 val += node_load[n];
5135
5136                 if (val < min_val) {
5137                         min_val = val;
5138                         best_node = n;
5139                 }
5140         }
5141
5142         if (best_node >= 0)
5143                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5144
5145         return best_node;
5146 }
5147
5148
5149 /*
5150  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5151  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5152  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5153  */
5154 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5155                 unsigned nr_nodes)
5156 {
5157         struct zoneref *zonerefs;
5158         int i;
5159
5160         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5161
5162         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5163                 int nr_zones;
5164
5165                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5166
5167                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5168                 zonerefs += nr_zones;
5169         }
5170         zonerefs->zone = NULL;
5171         zonerefs->zone_idx = 0;
5172 }
5173
5174 /*
5175  * Build gfp_thisnode zonelists
5176  */
5177 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5178 {
5179         struct zoneref *zonerefs;
5180         int nr_zones;
5181
5182         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5183         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5184         zonerefs += nr_zones;
5185         zonerefs->zone = NULL;
5186         zonerefs->zone_idx = 0;
5187 }
5188
5189 /*
5190  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5191  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5192  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5193  * may still exist in local DMA zone.
5194  */
5195
5196 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5197 {
5198         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5199         int node, load, nr_nodes = 0;
5200         nodemask_t used_mask;
5201         int local_node, prev_node;
5202
5203         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5204         local_node = pgdat->node_id;
5205         load = nr_online_nodes;
5206         prev_node = local_node;
5207         nodes_clear(used_mask);
5208
5209         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5210         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5211                 /*
5212                  * We don't want to pressure a particular node.
5213                  * So adding penalty to the first node in same
5214                  * distance group to make it round-robin.
5215                  */
5216                 if (node_distance(local_node, node) !=
5217                     node_distance(local_node, prev_node))
5218                         node_load[node] = load;
5219
5220                 node_order[nr_nodes++] = node;
5221                 prev_node = node;
5222                 load--;
5223         }
5224
5225         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5226         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5227 }
5228
5229 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5230 /*
5231  * Return node id of node used for "local" allocations.
5232  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5233  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5234  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5235  */
5236 int local_memory_node(int node)
5237 {
5238         struct zoneref *z;
5239
5240         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5241                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5242                                    NULL);
5243         return z->zone->node;
5244 }
5245 #endif
5246
5247 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5248 static void setup_min_slab_ratio(void);
5249 #else   /* CONFIG_NUMA */
5250
5251 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5252 {
5253         int node, local_node;
5254         struct zoneref *zonerefs;
5255         int nr_zones;
5256
5257         local_node = pgdat->node_id;
5258
5259         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5260         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5261         zonerefs += nr_zones;
5262
5263         /*
5264          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5265          * of all the other nodes.
5266          * We don't want to pressure a particular node, so when
5267          * building the zones for node N, we make sure that the
5268          * zones coming right after the local ones are those from
5269          * node N+1 (modulo N)
5270          */
5271         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5272                 if (!node_online(node))
5273                         continue;
5274                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5275                 zonerefs += nr_zones;
5276         }
5277         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5278                 if (!node_online(node))
5279                         continue;
5280                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5281                 zonerefs += nr_zones;
5282         }
5283
5284         zonerefs->zone = NULL;
5285         zonerefs->zone_idx = 0;
5286 }
5287
5288 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5289
5290 /*
5291  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5292  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5293  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5294  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5295  * with interrupts disabled.
5296  *
5297  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5298  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5299  * hotplugged processors.
5300  *
5301  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5302  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5303  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5304  */
5305 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5306 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5307 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5308
5309 static void __build_all_zonelists(void *data)
5310 {
5311         int nid;
5312         int __maybe_unused cpu;
5313         pg_data_t *self = data;
5314         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5315
5316         spin_lock(&lock);
5317
5318 #ifdef CONFIG_NUMA
5319         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5320 #endif
5321
5322         /*
5323          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5324          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5325          */
5326         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5327                 build_zonelists(self);
5328         } else {
5329                 for_each_online_node(nid) {
5330                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5331
5332                         build_zonelists(pgdat);
5333                 }
5334
5335 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5336                 /*
5337                  * We now know the "local memory node" for each node--
5338                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5339                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5340                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5341                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5342                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5343                  */
5344                 for_each_online_cpu(cpu)
5345                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5346 #endif
5347         }
5348
5349         spin_unlock(&lock);
5350 }
5351
5352 static noinline void __init
5353 build_all_zonelists_init(void)
5354 {
5355         int cpu;
5356
5357         __build_all_zonelists(NULL);
5358
5359         /*
5360          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5361          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5362          * each zone will be allocated later when the per cpu
5363          * allocator is available.
5364          *
5365          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5366          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5367          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5368          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5369          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5370          * (a chicken-egg dilemma).
5371          */
5372         for_each_possible_cpu(cpu)
5373                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5374
5375         mminit_verify_zonelist();
5376         cpuset_init_current_mems_allowed();
5377 }
5378
5379 /*
5380  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5381  *
5382  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5383  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5384  */
5385 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5386 {
5387         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5388                 build_all_zonelists_init();
5389         } else {
5390                 __build_all_zonelists(pgdat);
5391                 /* cpuset refresh routine should be here */
5392         }
5393         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5394         /*
5395          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5396          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5397          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5398          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5399          * disabled and enable it later
5400          */
5401         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5402                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5403         else
5404                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5405
5406         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5407                 nr_online_nodes,
5408                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5409                 vm_total_pages);
5410 #ifdef CONFIG_NUMA
5411         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5412 #endif
5413 }
5414
5415 /*
5416  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5417  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5418  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5419  */
5420 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5421                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5422                 struct vmem_altmap *altmap)
5423 {
5424         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5425         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5426         unsigned long pfn;
5427         unsigned long nr_initialised = 0;
5428         struct page *page;
5429 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5430         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5431 #endif
5432
5433         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5434                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5435
5436         /*
5437          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5438          * memory
5439          */
5440         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5441                 start_pfn += altmap->reserve;
5442
5443         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5444                 /*
5445                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5446                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5447                  */
5448                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5449                         goto not_early;
5450
5451                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5452                         continue;
5453                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5454                         continue;
5455                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5456                         break;
5457
5458 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5459                 /*
5460                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5461                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5462                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5463                  */
5464                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5465                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5466                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5467                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5468                                                 break;
5469                                 r = tmp;
5470                         }
5471                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5472                             memblock_is_mirror(r)) {
5473                                 /* already initialized as NORMAL */
5474                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5475                                 continue;
5476                         }
5477                 }
5478 #endif
5479
5480 not_early:
5481                 page = pfn_to_page(pfn);
5482                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5483                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5484                         SetPageReserved(page);
5485
5486                 /*
5487                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5488                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5489                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5490                  * the address space during boot when many long-lived
5491                  * kernel allocations are made.
5492                  *
5493                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5494                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5495                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5496                  * pfn out of zone.
5497                  *
5498                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5499                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5500                  */
5501                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5502                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5503                         cond_resched();
5504                 }
5505         }
5506 }
5507
5508 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5509 {
5510         unsigned int order, t;
5511         for_each_migratetype_order(order, t) {
5512                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5513                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5514         }
5515 }
5516
5517 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5518 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5519         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5520 #endif
5521
5522 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5523 {
5524 #ifdef CONFIG_MMU
5525         int batch;
5526
5527         /*
5528          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5529          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5530          *
5531          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5532          */
5533         batch = zone->managed_pages / 1024;
5534         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5535                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5536         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5537         if (batch < 1)
5538                 batch = 1;
5539
5540         /*
5541          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5542          * of 2 value was found to be more likely to have
5543          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5544          *
5545          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5546          * batches of pages, one task can end up with a lot
5547          * of pages of one half of the possible page colors
5548          * and the other with pages of the other colors.
5549          */
5550         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5551
5552         return batch;
5553
5554 #else
5555         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5556          * conditions.
5557          *
5558          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5559          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5560          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5561          *
5562          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5563          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5564          * can be a significant delay between the individual batches being
5565          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5566          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5567          */
5568         return 0;
5569 #endif
5570 }
5571
5572 /*
5573  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5574  * ->batch must never be higher then ->high.
5575  * The following function updates them in a safe manner without read side
5576  * locking.
5577  *
5578  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5579  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5580  *
5581  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5582  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5583  * exist).
5584  */
5585 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5586                 unsigned long batch)
5587 {
5588        /* start with a fail safe value for batch */
5589         pcp->batch = 1;
5590         smp_wmb();
5591
5592        /* Update high, then batch, in order */
5593         pcp->high = high;
5594         smp_wmb();
5595
5596         pcp->batch = batch;
5597 }
5598
5599 /* a companion to pageset_set_high() */
5600 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5601 {
5602         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5603 }
5604
5605 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5606 {
5607         struct per_cpu_pages *pcp;
5608         int migratetype;
5609
5610         memset(p, 0, sizeof(*p));
5611
5612         pcp = &p->pcp;
5613         pcp->count = 0;
5614         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5615                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5616 }
5617
5618 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5619 {
5620         pageset_init(p);
5621         pageset_set_batch(p, batch);
5622 }
5623
5624 /*
5625  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5626  * to the value high for the pageset p.
5627  */
5628 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5629                                 unsigned long high)
5630 {
5631         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5632         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5633                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5634
5635         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5636 }
5637
5638 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5639                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5640 {
5641         if (percpu_pagelist_fraction)
5642                 pageset_set_high(pcp,
5643                         (zone->managed_pages /
5644                                 percpu_pagelist_fraction));
5645         else
5646                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5647 }
5648
5649 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5650 {
5651         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5652
5653         pageset_init(pcp);
5654         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5655 }
5656
5657 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5658 {
5659         int cpu;
5660         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5661         for_each_possible_cpu(cpu)
5662                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5663 }
5664
5665 /*
5666  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5667  * Before this call only boot pagesets were available.
5668  */
5669 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5670 {
5671         struct pglist_data *pgdat;
5672         struct zone *zone;
5673
5674         for_each_populated_zone(zone)
5675                 setup_zone_pageset(zone);
5676
5677         for_each_online_pgdat(pgdat)
5678                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5679                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5680 }
5681
5682 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5683 {
5684         /*
5685          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5686          * relies on the ability of the linker to provide the
5687          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5688          */
5689         zone->pageset = &boot_pageset;
5690
5691         if (populated_zone(zone))
5692                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5693                         zone->name, zone->present_pages,
5694                                          zone_batchsize(zone));
5695 }
5696
5697 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5698                                         unsigned long zone_start_pfn,
5699                                         unsigned long size)
5700 {
5701         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5702
5703         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5704
5705         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5706
5707         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5708                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5709                         pgdat->node_id,
5710                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5711                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5712
5713         zone_init_free_lists(zone);
5714         zone->initialized = 1;
5715 }
5716
5717 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5718 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5719
5720 /*
5721  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5722  */
5723 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5724                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5725 {
5726         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5727         int nid;
5728
5729         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5730                 return state->last_nid;
5731
5732         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5733         if (nid != -1) {
5734                 state->last_start = start_pfn;
5735                 state->last_end = end_pfn;
5736                 state->last_nid = nid;
5737         }
5738
5739         return nid;
5740 }
5741 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5742
5743 /**
5744  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5745  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5746  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5747  *
5748  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5749  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5750  * memblock_free_early_nid() manually.
5751  */
5752 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5753 {
5754         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5755         int i, this_nid;
5756
5757         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5758                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5759                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5760
5761                 if (start_pfn < end_pfn)
5762                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5763                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5764                                         this_nid);
5765         }
5766 }
5767
5768 /**
5769  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5770  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5771  *
5772  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5773  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5774  */
5775 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5776 {
5777         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5778         int i, this_nid;
5779
5780         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5781                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5782 }
5783
5784 /**
5785  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5786  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5787  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5788  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5789  *
5790  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5791  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5792  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5793  * PFNs will be 0.
5794  */
5795 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5796                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5797 {
5798         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5799         int i;
5800
5801         *start_pfn = -1UL;
5802         *end_pfn = 0;
5803
5804         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5805                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5806                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5807         }
5808
5809         if (*start_pfn == -1UL)
5810                 *start_pfn = 0;
5811 }
5812
5813 /*
5814  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5815  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5816  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5817  */
5818 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5819 {
5820         int zone_index;
5821         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5822                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5823                         continue;
5824
5825                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5826                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5827                         break;
5828         }
5829
5830         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5831         movable_zone = zone_index;
5832 }
5833
5834 /*
5835  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5836  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5837  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5838  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5839  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5840  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5841  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5842  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5843  */
5844 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5845                                         unsigned long zone_type,
5846                                         unsigned long node_start_pfn,
5847                                         unsigned long node_end_pfn,
5848                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5849                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5850 {
5851         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5852         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5853                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5854                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5855                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5856                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5857                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5858
5859                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5860                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5861                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5862                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5863                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5864
5865                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5866                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5867                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5868         }
5869 }
5870
5871 /*
5872  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5873  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5874  */
5875 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5876                                         unsigned long zone_type,
5877                                         unsigned long node_start_pfn,
5878                                         unsigned long node_end_pfn,
5879                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5880                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5881                                         unsigned long *ignored)
5882 {
5883         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5884         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5885                 return 0;
5886
5887         /* Get the start and end of the zone */
5888         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5889         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5890         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5891                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5892                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5893
5894         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5895         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5896                 return 0;
5897
5898         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5899         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5900         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5901
5902         /* Return the spanned pages */
5903         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5904 }
5905
5906 /*
5907  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5908  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5909  */
5910 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5911                                 unsigned long range_start_pfn,
5912                                 unsigned long range_end_pfn)
5913 {
5914         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5915         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5916         int i;
5917
5918         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5919                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5920                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5921                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5922         }
5923         return nr_absent;
5924 }
5925
5926 /**
5927  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5928  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5929  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5930  *
5931  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5932  */
5933 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5934                                                         unsigned long end_pfn)
5935 {
5936         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5937 }
5938
5939 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5940 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5941                                         unsigned long zone_type,
5942                                         unsigned long node_start_pfn,
5943                                         unsigned long node_end_pfn,
5944                                         unsigned long *ignored)
5945 {
5946         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5947         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5948         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5949         unsigned long nr_absent;
5950
5951         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5952         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5953                 return 0;
5954
5955         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5956         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5957
5958         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5959                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5960                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5961         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5962
5963         /*
5964          * ZONE_MOVABLE handling.
5965          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5966          * and vice versa.
5967          */
5968         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5969                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5970                 struct memblock_region *r;
5971
5972                 for_each_memblock(memory, r) {
5973                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5974                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5975                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5976                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5977
5978                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5979                             memblock_is_mirror(r))
5980                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5981
5982                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5983                             !memblock_is_mirror(r))
5984                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5985                 }
5986         }
5987
5988         return nr_absent;
5989 }
5990
5991 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5992 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5993                                         unsigned long zone_type,
5994                                         unsigned long node_start_pfn,
5995                                         unsigned long node_end_pfn,
5996                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5997                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5998                                         unsigned long *zones_size)
5999 {
6000         unsigned int zone;
6001
6002         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6003         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6004                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6005
6006         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6007
6008         return zones_size[zone_type];
6009 }
6010
6011 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6012                                                 unsigned long zone_type,
6013                                                 unsigned long node_start_pfn,
6014                                                 unsigned long node_end_pfn,
6015                                                 unsigned long *zholes_size)
6016 {
6017         if (!zholes_size)
6018                 return 0;
6019
6020         return zholes_size[zone_type];
6021 }
6022
6023 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6024
6025 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6026                                                 unsigned long node_start_pfn,
6027                                                 unsigned long node_end_pfn,
6028                                                 unsigned long *zones_size,
6029                                                 unsigned long *zholes_size)
6030 {
6031         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6032         enum zone_type i;
6033
6034         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6035                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6036                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6037                 unsigned long size, real_size;
6038
6039                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6040                                                   node_start_pfn,
6041                                                   node_end_pfn,
6042                                                   &zone_start_pfn,
6043                                                   &zone_end_pfn,
6044                                                   zones_size);
6045                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6046                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6047                                                   zholes_size);
6048                 if (size)
6049                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6050                 else
6051                         zone->zone_start_pfn = 0;
6052                 zone->spanned_pages = size;
6053                 zone->present_pages = real_size;
6054
6055                 totalpages += size;
6056                 realtotalpages += real_size;
6057         }
6058
6059         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6060         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6061         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6062                                                         realtotalpages);
6063 }
6064
6065 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6066 /*
6067  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6068  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6069  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6070  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6071  * bytes.
6072  */
6073 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6074 {
6075         unsigned long usemapsize;
6076
6077         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6078         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6079         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6080         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6081         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6082
6083         return usemapsize / 8;
6084 }
6085
6086 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6087                                 struct zone *zone,
6088                                 unsigned long zone_start_pfn,
6089                                 unsigned long zonesize)
6090 {
6091         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6092         zone->pageblock_flags = NULL;
6093         if (usemapsize)
6094                 zone->pageblock_flags =
6095                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6096                                                          pgdat->node_id);
6097 }
6098 #else
6099 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6100                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6101 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6102
6103 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6104
6105 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6106 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6107 {
6108         unsigned int order;
6109
6110         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6111         if (pageblock_order)
6112                 return;
6113
6114         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6115                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6116         else
6117                 order = MAX_ORDER - 1;
6118
6119         /*
6120          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6121          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6122          * powerpc.
6123          */
6124         pageblock_order = order;
6125 }
6126 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6127
6128 /*
6129  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6130  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6131  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6132  * the kernel config
6133  */
6134 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6135 {
6136 }
6137
6138 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6139
6140 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6141                                                    unsigned long present_pages)
6142 {
6143         unsigned long pages = spanned_pages;
6144
6145         /*
6146          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6147          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6148          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6149          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6150          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6151          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6152          */
6153         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6154             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6155                 pages = present_pages;
6156
6157         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6158 }
6159
6160 /*
6161  * Set up the zone data structures:
6162  *   - mark all pages reserved
6163  *   - mark all memory queues empty
6164  *   - clear the memory bitmaps
6165  *
6166  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6167  */
6168 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6169 {
6170         enum zone_type j;
6171         int nid = pgdat->node_id;
6172
6173         pgdat_resize_init(pgdat);
6174 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
6175         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
6176         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6177         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6178 #endif
6179 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6180         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6181         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6182         pgdat->split_queue_len = 0;
6183 #endif
6184         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6185         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6186 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6187         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6188 #endif
6189         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6190         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6191         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6192
6193         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6194
6195         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6196                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6197                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6198                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6199
6200                 size = zone->spanned_pages;
6201                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6202
6203                 /*
6204                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6205                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6206                  * and per-cpu initialisations
6207                  */
6208                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6209                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6210                         if (freesize >= memmap_pages) {
6211                                 freesize -= memmap_pages;
6212                                 if (memmap_pages)
6213                                         printk(KERN_DEBUG
6214                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6215                                                zone_names[j], memmap_pages);
6216                         } else
6217                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6218                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6219                 }
6220
6221                 /* Account for reserved pages */
6222                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6223                         freesize -= dma_reserve;
6224                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6225                                         zone_names[0], dma_reserve);
6226                 }
6227
6228                 if (!is_highmem_idx(j))
6229                         nr_kernel_pages += freesize;
6230                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6231                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6232                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6233                 nr_all_pages += freesize;
6234
6235                 /*
6236                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6237                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6238                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6239                  */
6240                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6241 #ifdef CONFIG_NUMA
6242                 zone->node = nid;
6243 #endif
6244                 zone->name = zone_names[j];
6245                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6246                 spin_lock_init(&zone->lock);
6247                 zone_seqlock_init(zone);
6248                 zone_pcp_init(zone);
6249
6250                 if (!size)
6251                         continue;
6252
6253                 set_pageblock_order();
6254                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6255                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6256                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6257         }
6258 }
6259
6260 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6261 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6262 {
6263         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6264         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6265
6266         /* Skip empty nodes */
6267         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6268                 return;
6269
6270         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6271         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6272         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6273         if (!pgdat->node_mem_map) {
6274                 unsigned long size, end;
6275                 struct page *map;
6276
6277                 /*
6278                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6279                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6280                  * for the buddy allocator to function correctly.
6281                  */
6282                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6283                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6284                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6285                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6286                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6287         }
6288         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6289                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6290                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6291 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6292         /*
6293          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6294          */
6295         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6296                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6297 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6298                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6299                         mem_map -= offset;
6300 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6301         }
6302 #endif
6303 }
6304 #else
6305 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6306 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6307
6308 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6309                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6310 {
6311         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6312         unsigned long start_pfn = 0;
6313         unsigned long end_pfn = 0;
6314
6315         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6316         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6317
6318         pgdat->node_id = nid;
6319         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6320         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6321 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6322         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6323         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6324                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6325                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6326 #else
6327         start_pfn = node_start_pfn;
6328 #endif
6329         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6330                                   zones_size, zholes_size);
6331
6332         alloc_node_mem_map(pgdat);
6333
6334 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6335         /*
6336          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6337          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6338          */
6339         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6340                                          pgdat->node_spanned_pages);
6341         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6342 #endif
6343         free_area_init_core(pgdat);
6344 }
6345
6346 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK
6347 /*
6348  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6349  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6350  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6351  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6352  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6353  */
6354 void __paginginit zero_resv_unavail(void)
6355 {
6356         phys_addr_t start, end;
6357         unsigned long pfn;
6358         u64 i, pgcnt;
6359
6360         /*
6361          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6362          * physical memory backing.
6363          */
6364         pgcnt = 0;
6365         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6366                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6367                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)))
6368                                 continue;
6369                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6370                         pgcnt++;
6371                 }
6372         }
6373
6374         /*
6375          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6376          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6377          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6378          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6379          * this code can be removed.
6380          */
6381         if (pgcnt)
6382                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6383 }
6384 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK */
6385
6386 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6387
6388 #if MAX_NUMNODES > 1
6389 /*
6390  * Figure out the number of possible node ids.
6391  */
6392 void __init setup_nr_node_ids(void)
6393 {
6394         unsigned int highest;
6395
6396         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6397         nr_node_ids = highest + 1;
6398 }
6399 #endif
6400
6401 /**
6402  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6403  *
6404  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6405  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6406  * all the nodes.
6407  *
6408  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6409  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6410  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6411  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6412  *
6413  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6414  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6415  * populated node map.
6416  *
6417  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6418  * requirement (single node).
6419  */
6420 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6421 {
6422         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6423         unsigned long start, end, mask;
6424         int last_nid = -1;
6425         int i, nid;
6426
6427         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6428                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6429                         last_nid = nid;
6430                         last_end = end;
6431                         continue;
6432                 }
6433
6434                 /*
6435                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6436                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6437                  * too coarse to separate the current node from the last.
6438                  */
6439                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6440                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6441                         mask <<= 1;
6442
6443                 /* accumulate all internode masks */
6444                 accl_mask |= mask;
6445         }
6446
6447         /* convert mask to number of pages */
6448         return ~accl_mask + 1;
6449 }
6450
6451 /* Find the lowest pfn for a node */
6452 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6453 {
6454         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6455         unsigned long start_pfn;
6456         int i;
6457
6458         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6459                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6460
6461         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6462                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6463                 return 0;
6464         }
6465
6466         return min_pfn;
6467 }
6468
6469 /**
6470  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6471  *
6472  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6473  * memblock_set_node().
6474  */
6475 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6476 {
6477         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6478 }
6479
6480 /*
6481  * early_calculate_totalpages()
6482  * Sum pages in active regions for movable zone.
6483  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6484  */
6485 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6486 {
6487         unsigned long totalpages = 0;
6488         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6489         int i, nid;
6490
6491         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6492                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6493
6494                 totalpages += pages;
6495                 if (pages)
6496                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6497         }
6498         return totalpages;
6499 }
6500
6501 /*
6502  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6503  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6504  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6505  * others
6506  */
6507 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6508 {
6509         int i, nid;
6510         unsigned long usable_startpfn;
6511         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6512         /* save the state before borrow the nodemask */
6513         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6514         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6515         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6516         struct memblock_region *r;
6517
6518         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6519         find_usable_zone_for_movable();
6520
6521         /*
6522          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6523          * options.
6524          */
6525         if (movable_node_is_enabled()) {
6526                 for_each_memblock(memory, r) {
6527                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6528                                 continue;
6529
6530                         nid = r->nid;
6531
6532                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6533                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6534                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6535                                 usable_startpfn;
6536                 }
6537
6538                 goto out2;
6539         }
6540
6541         /*
6542          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6543          */
6544         if (mirrored_kernelcore) {
6545                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6546
6547                 for_each_memblock(memory, r) {
6548                         if (memblock_is_mirror(r))
6549                                 continue;
6550
6551                         nid = r->nid;
6552
6553                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6554
6555                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6556                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6557                                 continue;
6558                         }
6559
6560                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6561                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6562                                 usable_startpfn;
6563                 }
6564
6565                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6566                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6567
6568                 goto out2;
6569         }
6570
6571         /*
6572          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6573          * amount of necessary memory.
6574          */
6575         if (required_kernelcore_percent)
6576                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6577                                        10000UL;
6578         if (required_movablecore_percent)
6579                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6580                                         10000UL;
6581
6582         /*
6583          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6584          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6585          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6586          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6587          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6588          * what movablecore would have allowed.
6589          */
6590         if (required_movablecore) {
6591                 unsigned long corepages;
6592
6593                 /*
6594                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6595                  * was requested by the user
6596                  */
6597                 required_movablecore =
6598                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6599                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6600                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6601
6602                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6603         }
6604
6605         /*
6606          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6607          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6608          */
6609         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6610                 goto out;
6611
6612         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6613         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6614
6615 restart:
6616         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6617         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6618         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6619                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6620
6621                 /*
6622                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6623                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6624                  * amount of memory for the kernel
6625                  */
6626                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6627                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6628
6629                 /*
6630                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6631                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6632                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6633                  */
6634                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6635
6636                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6637                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6638                         unsigned long size_pages;
6639
6640                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6641                         if (start_pfn >= end_pfn)
6642                                 continue;
6643
6644                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6645                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6646                                 unsigned long kernel_pages;
6647                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6648                                                                 - start_pfn;
6649
6650                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6651                                                         kernelcore_remaining);
6652                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6653                                                         required_kernelcore);
6654
6655                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6656                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6657
6658                                         /*
6659                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6660                                          * that if we have to rebalance
6661                                          * kernelcore across nodes, we will
6662                                          * not double account here
6663                                          */
6664                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6665                                         continue;
6666                                 }
6667                                 start_pfn = usable_startpfn;
6668                         }
6669
6670                         /*
6671                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6672                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6673                          * number of pages used as kernelcore
6674                          */
6675                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6676                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6677                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6678                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6679
6680                         /*
6681                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6682                          * break if the kernelcore for this node has been
6683                          * satisfied
6684                          */
6685                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6686                                                                 size_pages);
6687                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6688                         if (!kernelcore_remaining)
6689                                 break;
6690                 }
6691         }
6692
6693         /*
6694          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6695          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6696          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6697          * satisfied
6698          */
6699         usable_nodes--;
6700         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6701                 goto restart;
6702
6703 out2:
6704         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6705         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6706                 zone_movable_pfn[nid] =
6707                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6708
6709 out:
6710         /* restore the node_state */
6711         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6712 }
6713
6714 /* Any regular or high memory on that node ? */
6715 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6716 {
6717         enum zone_type zone_type;
6718
6719         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6720                 return;
6721
6722         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6723                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6724                 if (populated_zone(zone)) {
6725                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6726                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6727                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6728                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6729                         break;
6730                 }
6731         }
6732 }
6733
6734 /**
6735  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6736  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6737  *
6738  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6739  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6740  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6741  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6742  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6743  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6744  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6745  * at arch_max_dma_pfn.
6746  */
6747 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6748 {
6749         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6750         int i, nid;
6751
6752         /* Record where the zone boundaries are */
6753         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6754                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6755         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6756                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6757
6758         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6759
6760         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6761                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6762                         continue;
6763
6764                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6765                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6766                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6767
6768                 start_pfn = end_pfn;
6769         }
6770
6771         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6772         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6773         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6774
6775         /* Print out the zone ranges */
6776         pr_info("Zone ranges:\n");
6777         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6778                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6779                         continue;
6780                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6781                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6782                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6783                         pr_cont("empty\n");
6784                 else
6785                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6786                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6787                                         << PAGE_SHIFT,
6788                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6789                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6790         }
6791
6792         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6793         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6794         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6795                 if (zone_movable_pfn[i])
6796                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6797                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6798         }
6799
6800         /* Print out the early node map */
6801         pr_info("Early memory node ranges\n");
6802         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6803                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6804                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6805                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6806
6807         /* Initialise every node */
6808         mminit_verify_pageflags_layout();
6809         setup_nr_node_ids();
6810         for_each_online_node(nid) {
6811                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6812                 free_area_init_node(nid, NULL,
6813                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6814
6815                 /* Any memory on that node */
6816                 if (pgdat->node_present_pages)
6817                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6818                 check_for_memory(pgdat, nid);
6819         }
6820         zero_resv_unavail();
6821 }
6822
6823 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6824                                      unsigned long *percent)
6825 {
6826         unsigned long long coremem;
6827         char *endptr;
6828
6829         if (!p)
6830                 return -EINVAL;
6831
6832         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6833         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6834         if (*endptr == '%') {
6835                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6836                 WARN_ON(coremem > 100);
6837
6838                 *percent = coremem;
6839         } else {
6840                 coremem = memparse(p, &p);
6841                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6842                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6843
6844                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6845                 *percent = 0UL;
6846         }
6847         return 0;
6848 }
6849
6850 /*
6851  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6852  * cannot be reclaimed or migrated.
6853  */
6854 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6855 {
6856         /* parse kernelcore=mirror */
6857         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6858                 mirrored_kernelcore = true;
6859                 return 0;
6860         }
6861
6862         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6863                                   &required_kernelcore_percent);
6864 }
6865
6866 /*
6867  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6868  * can be reclaimed or migrated.
6869  */
6870 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6871 {
6872         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6873                                   &required_movablecore_percent);
6874 }
6875
6876 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6877 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6878
6879 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6880
6881 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6882 {
6883         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6884         page_zone(page)->managed_pages += count;
6885         totalram_pages += count;
6886 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6887         if (PageHighMem(page))
6888                 totalhigh_pages += count;
6889 #endif
6890         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6891 }
6892 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6893
6894 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6895 {
6896         void *pos;
6897         unsigned long pages = 0;
6898
6899         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6900         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6901         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6902                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6903                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6904                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6905         }
6906
6907         if (pages && s)
6908                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6909                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6910
6911         return pages;
6912 }
6913 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6914
6915 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6916 void free_highmem_page(struct page *page)
6917 {
6918         __free_reserved_page(page);
6919         totalram_pages++;
6920         page_zone(page)->managed_pages++;
6921         totalhigh_pages++;
6922 }
6923 #endif
6924
6925
6926 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6927 {
6928         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6929         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6930
6931         physpages = get_num_physpages();
6932         codesize = _etext - _stext;
6933         datasize = _edata - _sdata;
6934         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6935         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6936         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6937         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6938
6939         /*
6940          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6941          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6942          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6943          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6944          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6945          */
6946 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6947         do { \
6948                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6949                         size -= adj; \
6950         } while (0)
6951
6952         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6953                      _sinittext, init_code_size);
6954         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6955         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6956         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6957         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6958
6959 #undef  adj_init_size
6960
6961         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6962 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6963                 ", %luK highmem"
6964 #endif
6965                 "%s%s)\n",
6966                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6967                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6968                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6969                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6970                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6971                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6972 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6973                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6974 #endif
6975                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6976 }
6977
6978 /**
6979  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6980  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6981  *
6982  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6983  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6984  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6985  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6986  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6987  * smaller per-cpu batchsize.
6988  */
6989 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6990 {
6991         dma_reserve = new_dma_reserve;
6992 }
6993
6994 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6995 {
6996         free_area_init_node(0, zones_size,
6997                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6998         zero_resv_unavail();
6999 }
7000
7001 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7002 {
7003
7004         lru_add_drain_cpu(cpu);
7005         drain_pages(cpu);
7006
7007         /*
7008          * Spill the event counters of the dead processor
7009          * into the current processors event counters.
7010          * This artificially elevates the count of the current
7011          * processor.
7012          */
7013         vm_events_fold_cpu(cpu);
7014
7015         /*
7016          * Zero the differential counters of the dead processor
7017          * so that the vm statistics are consistent.
7018          *
7019          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7020          * race with what we are doing.
7021          */
7022         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7023         return 0;
7024 }
7025
7026 void __init page_alloc_init(void)
7027 {
7028         int ret;
7029
7030         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7031                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7032                                         page_alloc_cpu_dead);
7033         WARN_ON(ret < 0);
7034 }
7035
7036 /*
7037  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7038  *      or min_free_kbytes changes.
7039  */
7040 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7041 {
7042         struct pglist_data *pgdat;
7043         unsigned long reserve_pages = 0;
7044         enum zone_type i, j;
7045
7046         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7047
7048                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7049
7050                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7051                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7052                         long max = 0;
7053
7054                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7055                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7056                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7057                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7058                         }
7059
7060                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7061                         max += high_wmark_pages(zone);
7062
7063                         if (max > zone->managed_pages)
7064                                 max = zone->managed_pages;
7065
7066                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7067
7068                         reserve_pages += max;
7069                 }
7070         }
7071         totalreserve_pages = reserve_pages;
7072 }
7073
7074 /*
7075  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7076  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7077  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7078  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7079  */
7080 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7081 {
7082         struct pglist_data *pgdat;
7083         enum zone_type j, idx;
7084
7085         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7086                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7087                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7088                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7089
7090                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7091
7092                         idx = j;
7093                         while (idx) {
7094                                 struct zone *lower_zone;
7095
7096                                 idx--;
7097
7098                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
7099                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
7100
7101                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7102                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
7103                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7104                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7105                         }
7106                 }
7107         }
7108
7109         /* update totalreserve_pages */
7110         calculate_totalreserve_pages();
7111 }
7112
7113 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7114 {
7115         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7116         unsigned long lowmem_pages = 0;
7117         struct zone *zone;
7118         unsigned long flags;
7119
7120         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7121         for_each_zone(zone) {
7122                 if (!is_highmem(zone))
7123                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7124         }
7125
7126         for_each_zone(zone) {
7127                 u64 tmp;
7128
7129                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7130                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7131                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7132                 if (is_highmem(zone)) {
7133                         /*
7134                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7135                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7136                          * value here.
7137                          *
7138                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7139                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7140                          * not be capped for highmem.
7141                          */
7142                         unsigned long min_pages;
7143
7144                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7145                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7146                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7147                 } else {
7148                         /*
7149                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7150                          * proportionate to the zone's size.
7151                          */
7152                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7153                 }
7154
7155                 /*
7156                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7157                  * scale factor in proportion to available memory, but
7158                  * ensure a minimum size on small systems.
7159                  */
7160                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7161                             mult_frac(zone->managed_pages,
7162                                       watermark_scale_factor, 10000));
7163
7164                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7165                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7166
7167                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7168         }
7169
7170         /* update totalreserve_pages */
7171         calculate_totalreserve_pages();
7172 }
7173
7174 /**
7175  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7176  * or when memory is hot-{added|removed}
7177  *
7178  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7179  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7180  */
7181 void setup_per_zone_wmarks(void)
7182 {
7183         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7184
7185         spin_lock(&lock);
7186         __setup_per_zone_wmarks();
7187         spin_unlock(&lock);
7188 }
7189
7190 /*
7191  * Initialise min_free_kbytes.
7192  *
7193  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7194  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7195  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7196  *
7197  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7198  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7199  *
7200  * which yields
7201  *
7202  * 16MB:        512k
7203  * 32MB:        724k
7204  * 64MB:        1024k
7205  * 128MB:       1448k
7206  * 256MB:       2048k
7207  * 512MB:       2896k
7208  * 1024MB:      4096k
7209  * 2048MB:      5792k
7210  * 4096MB:      8192k
7211  * 8192MB:      11584k
7212  * 16384MB:     16384k
7213  */
7214 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7215 {
7216         unsigned long lowmem_kbytes;
7217         int new_min_free_kbytes;
7218
7219         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7220         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7221
7222         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7223                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7224                 if (min_free_kbytes < 128)
7225                         min_free_kbytes = 128;
7226                 if (min_free_kbytes > 65536)
7227                         min_free_kbytes = 65536;
7228         } else {
7229                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7230                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7231         }
7232         setup_per_zone_wmarks();
7233         refresh_zone_stat_thresholds();
7234         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7235
7236 #ifdef CONFIG_NUMA
7237         setup_min_unmapped_ratio();
7238         setup_min_slab_ratio();
7239 #endif
7240
7241         return 0;
7242 }
7243 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7244
7245 /*
7246  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7247  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7248  *      changes.
7249  */
7250 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7251         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7252 {
7253         int rc;
7254
7255         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7256         if (rc)
7257                 return rc;
7258
7259         if (write) {
7260                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7261                 setup_per_zone_wmarks();
7262         }
7263         return 0;
7264 }
7265
7266 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7267         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7268 {
7269         int rc;
7270
7271         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7272         if (rc)
7273                 return rc;
7274
7275         if (write)
7276                 setup_per_zone_wmarks();
7277
7278         return 0;
7279 }
7280
7281 #ifdef CONFIG_NUMA
7282 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7283 {
7284         pg_data_t *pgdat;
7285         struct zone *zone;
7286
7287         for_each_online_pgdat(pgdat)
7288                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7289
7290         for_each_zone(zone)
7291                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7292                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7293 }
7294
7295
7296 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7297         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7298 {
7299         int rc;
7300
7301         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7302         if (rc)
7303                 return rc;
7304
7305         setup_min_unmapped_ratio();
7306
7307         return 0;
7308 }
7309
7310 static void setup_min_slab_ratio(void)
7311 {
7312         pg_data_t *pgdat;
7313         struct zone *zone;
7314
7315         for_each_online_pgdat(pgdat)
7316                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7317
7318         for_each_zone(zone)
7319                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7320                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7321 }
7322
7323 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7324         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7325 {
7326         int rc;
7327
7328         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7329         if (rc)
7330                 return rc;
7331
7332         setup_min_slab_ratio();
7333
7334         return 0;
7335 }
7336 #endif
7337
7338 /*
7339  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7340  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7341  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7342  *
7343  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7344  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7345  * if in function of the boot time zone sizes.
7346  */
7347 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7348         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7349 {
7350         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7351         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7352         return 0;
7353 }
7354
7355 /*
7356  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7357  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7358  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7359  */
7360 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7361         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7362 {
7363         struct zone *zone;
7364         int old_percpu_pagelist_fraction;
7365         int ret;
7366
7367         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7368         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7369
7370         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7371         if (!write || ret < 0)
7372                 goto out;
7373
7374         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7375         if (percpu_pagelist_fraction &&
7376             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7377                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7378                 ret = -EINVAL;
7379                 goto out;
7380         }
7381
7382         /* No change? */
7383         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7384                 goto out;
7385
7386         for_each_populated_zone(zone) {
7387                 unsigned int cpu;
7388
7389                 for_each_possible_cpu(cpu)
7390                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7391                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7392         }
7393 out:
7394         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7395         return ret;
7396 }
7397
7398 #ifdef CONFIG_NUMA
7399 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7400
7401 static int __init set_hashdist(char *str)
7402 {
7403         if (!str)
7404                 return 0;
7405         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7406         return 1;
7407 }
7408 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7409 #endif
7410
7411 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7412 /*
7413  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7414  * is not known to alloc_large_system_hash().
7415  */
7416 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7417 {
7418         return 0;
7419 }
7420 #endif
7421
7422 /*
7423  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7424  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7425  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7426  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7427  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7428  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7429  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7430  */
7431 #if __BITS_PER_LONG > 32
7432 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7433 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7434 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7435 #endif
7436
7437 /*
7438  * allocate a large system hash table from bootmem
7439  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7440  *   quantity of entries
7441  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7442  */
7443 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7444                                      unsigned long bucketsize,
7445                                      unsigned long numentries,
7446                                      int scale,
7447                                      int flags,
7448                                      unsigned int *_hash_shift,
7449                                      unsigned int *_hash_mask,
7450                                      unsigned long low_limit,
7451                                      unsigned long high_limit)
7452 {
7453         unsigned long long max = high_limit;
7454         unsigned long log2qty, size;
7455         void *table = NULL;
7456         gfp_t gfp_flags;
7457
7458         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7459         if (!numentries) {
7460                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7461                 numentries = nr_kernel_pages;
7462                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7463
7464                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7465                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7466                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7467
7468 #if __BITS_PER_LONG > 32
7469                 if (!high_limit) {
7470                         unsigned long adapt;
7471
7472                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7473                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7474                                 scale++;
7475                 }
7476 #endif
7477
7478                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7479                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7480                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7481                 else
7482                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7483
7484                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7485                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7486                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7487                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7488                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7489                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7490                                 BUG_ON(!numentries);
7491                         }
7492                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7493                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7494         }
7495         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7496
7497         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7498         if (max == 0) {
7499                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7500                 do_div(max, bucketsize);
7501         }
7502         max = min(max, 0x80000000ULL);
7503
7504         if (numentries < low_limit)
7505                 numentries = low_limit;
7506         if (numentries > max)
7507                 numentries = max;
7508
7509         log2qty = ilog2(numentries);
7510
7511         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7512         do {
7513                 size = bucketsize << log2qty;
7514                 if (flags & HASH_EARLY) {
7515                         if (flags & HASH_ZERO)
7516                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7517                         else
7518                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7519                 } else if (hashdist) {
7520                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7521                 } else {
7522                         /*
7523                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7524                          * some pages at the end of hash table which
7525                          * alloc_pages_exact() automatically does
7526                          */
7527                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7528                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7529                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7530                         }
7531                 }
7532         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7533
7534         if (!table)
7535                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7536
7537         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7538                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7539
7540         if (_hash_shift)
7541                 *_hash_shift = log2qty;
7542         if (_hash_mask)
7543                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7544
7545         return table;
7546 }
7547
7548 /*
7549  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7550  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7551  *
7552  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7553  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7554  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7555  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7556  */
7557 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7558                          int migratetype,
7559                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7560 {
7561         unsigned long pfn, iter, found;
7562
7563         /*
7564          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7565          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7566          */
7567         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7568                 return false;
7569
7570         /*
7571          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7572          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7573          * them movable here.
7574          */
7575         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7576                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7577                 return false;
7578
7579         pfn = page_to_pfn(page);
7580         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7581                 unsigned long check = pfn + iter;
7582
7583                 if (!pfn_valid_within(check))
7584                         continue;
7585
7586                 page = pfn_to_page(check);
7587
7588                 if (PageReserved(page))
7589                         return true;
7590
7591                 /*
7592                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7593                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7594                  * handle each tail page individually in migration.
7595                  */
7596                 if (PageHuge(page)) {
7597                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7598                         continue;
7599                 }
7600
7601                 /*
7602                  * We can't use page_count without pin a page
7603                  * because another CPU can free compound page.
7604                  * This check already skips compound tails of THP
7605                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7606                  */
7607                 if (!page_ref_count(page)) {
7608                         if (PageBuddy(page))
7609                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7610                         continue;
7611                 }
7612
7613                 /*
7614                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7615                  * page_count() is not 0.
7616                  */
7617                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7618                         continue;
7619
7620                 if (__PageMovable(page))
7621                         continue;
7622
7623                 if (!PageLRU(page))
7624                         found++;
7625                 /*
7626                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7627                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7628                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7629                  */
7630                 /*
7631                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7632                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7633                  *
7634                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7635                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7636                  * page at boot.
7637                  */
7638                 if (found > count)
7639                         return true;
7640         }
7641         return false;
7642 }
7643
7644 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7645 {
7646         struct zone *zone;
7647         unsigned long pfn;
7648
7649         /*
7650          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7651          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7652          * the zone but still within the section.
7653          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7654          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7655          */
7656         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7657                 return false;
7658
7659         zone = page_zone(page);
7660         pfn = page_to_pfn(page);
7661         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7662                 return false;
7663
7664         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, MIGRATE_MOVABLE, true);
7665 }
7666
7667 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7668
7669 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7670 {
7671         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7672                              pageblock_nr_pages) - 1);
7673 }
7674
7675 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7676 {
7677         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7678                                 pageblock_nr_pages));
7679 }
7680
7681 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7682 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7683                                         unsigned long start, unsigned long end)
7684 {
7685         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7686         unsigned long nr_reclaimed;
7687         unsigned long pfn = start;
7688         unsigned int tries = 0;
7689         int ret = 0;
7690
7691         migrate_prep();
7692
7693         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7694                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7695                         ret = -EINTR;
7696                         break;
7697                 }
7698
7699                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7700                         cc->nr_migratepages = 0;
7701                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7702                         if (!pfn) {
7703                                 ret = -EINTR;
7704                                 break;
7705                         }
7706                         tries = 0;
7707                 } else if (++tries == 5) {
7708                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7709                         break;
7710                 }
7711
7712                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7713                                                         &cc->migratepages);
7714                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7715
7716                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7717                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7718         }
7719         if (ret < 0) {
7720                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7721                 return ret;
7722         }
7723         return 0;
7724 }
7725
7726 /**
7727  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7728  * @start:      start PFN to allocate
7729  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7730  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7731  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7732  *                      in range must have the same migratetype and it must
7733  *                      be either of the two.
7734  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7735  *
7736  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7737  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7738  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7739  * pages fall in.
7740  *
7741  * The PFN range must belong to a single zone.
7742  *
7743  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7744  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7745  * need to be freed with free_contig_range().
7746  */
7747 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7748                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7749 {
7750         unsigned long outer_start, outer_end;
7751         unsigned int order;
7752         int ret = 0;
7753
7754         struct compact_control cc = {
7755                 .nr_migratepages = 0,
7756                 .order = -1,
7757                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7758                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7759                 .ignore_skip_hint = true,
7760                 .no_set_skip_hint = true,
7761                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7762         };
7763         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7764
7765         /*
7766          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7767          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7768          * have different sizes, and due to the way page allocator
7769          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7770          * that page allocator won't try to merge buddies from
7771          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7772          * other migration type.
7773          *
7774          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7775          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7776          * we are interested in).  This will put all the pages in
7777          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7778          *
7779          * When this is done, we take the pages in range from page
7780          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7781          * page allocator will never consider using them.
7782          *
7783          * This lets us mark the pageblocks back as
7784          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7785          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7786          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7787          */
7788
7789         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7790                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7791                                        false);
7792         if (ret)
7793                 return ret;
7794
7795         /*
7796          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7797          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7798          * which will report the busy page.
7799          *
7800          * It is possible that busy pages could become available before
7801          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7802          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7803          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7804          */
7805         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7806         if (ret && ret != -EBUSY)
7807                 goto done;
7808         ret =0;
7809
7810         /*
7811          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7812          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7813          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7814          * What we are going to do is to allocate all pages from
7815          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7816          *
7817          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7818          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7819          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7820          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7821          * once this is done free the pages we are not interested in.
7822          *
7823          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7824          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7825          */
7826
7827         lru_add_drain_all();
7828         drain_all_pages(cc.zone);
7829
7830         order = 0;
7831         outer_start = start;
7832         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7833                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7834                         outer_start = start;
7835                         break;
7836                 }
7837                 outer_start &= ~0UL << order;
7838         }
7839
7840         if (outer_start != start) {
7841                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7842
7843                 /*
7844                  * outer_start page could be small order buddy page and
7845                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7846                  * in this case to report failed page properly
7847                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7848                  */
7849                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7850                         outer_start = start;
7851         }
7852
7853         /* Make sure the range is really isolated. */
7854         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7855                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7856                         __func__, outer_start, end);
7857                 ret = -EBUSY;
7858                 goto done;
7859         }
7860
7861         /* Grab isolated pages from freelists. */
7862         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7863         if (!outer_end) {
7864                 ret = -EBUSY;
7865                 goto done;
7866         }
7867
7868         /* Free head and tail (if any) */
7869         if (start != outer_start)
7870                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7871         if (end != outer_end)
7872                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7873
7874 done:
7875         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7876                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7877         return ret;
7878 }
7879
7880 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7881 {
7882         unsigned int count = 0;
7883
7884         for (; nr_pages--; pfn++) {
7885                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7886
7887                 count += page_count(page) != 1;
7888                 __free_page(page);
7889         }
7890         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7891 }
7892 #endif
7893
7894 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7895 /*
7896  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7897  * page high values need to be recalulated.
7898  */
7899 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7900 {
7901         unsigned cpu;
7902         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7903         for_each_possible_cpu(cpu)
7904                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7905                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7906         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7907 }
7908 #endif
7909
7910 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7911 {
7912         unsigned long flags;
7913         int cpu;
7914         struct per_cpu_pageset *pset;
7915
7916         /* avoid races with drain_pages()  */
7917         local_irq_save(flags);
7918         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7919                 for_each_online_cpu(cpu) {
7920                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7921                         drain_zonestat(zone, pset);
7922                 }
7923                 free_percpu(zone->pageset);
7924                 zone->pageset = &boot_pageset;
7925         }
7926         local_irq_restore(flags);
7927 }
7928
7929 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7930 /*
7931  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7932  * before calling this.
7933  */
7934 void
7935 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7936 {
7937         struct page *page;
7938         struct zone *zone;
7939         unsigned int order, i;
7940         unsigned long pfn;
7941         unsigned long flags;
7942         /* find the first valid pfn */
7943         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7944                 if (pfn_valid(pfn))
7945                         break;
7946         if (pfn == end_pfn)
7947                 return;
7948         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
7949         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7950         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7951         pfn = start_pfn;
7952         while (pfn < end_pfn) {
7953                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7954                         pfn++;
7955                         continue;
7956                 }
7957                 page = pfn_to_page(pfn);
7958                 /*
7959                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7960                  * page_count() is not 0.
7961                  */
7962                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7963                         pfn++;
7964                         SetPageReserved(page);
7965                         continue;
7966                 }
7967
7968                 BUG_ON(page_count(page));
7969                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7970                 order = page_order(page);
7971 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7972                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7973                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7974 #endif
7975                 list_del(&page->lru);
7976                 rmv_page_order(page);
7977                 zone->free_area[order].nr_free--;
7978                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7979                         SetPageReserved((page+i));
7980                 pfn += (1 << order);
7981         }
7982         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7983 }
7984 #endif
7985
7986 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7987 {
7988         struct zone *zone = page_zone(page);
7989         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7990         unsigned long flags;
7991         unsigned int order;
7992
7993         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7994         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7995                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7996
7997                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7998                         break;
7999         }
8000         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8001
8002         return order < MAX_ORDER;
8003 }