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