Merge tag 'kgdb-5.2-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/danielt...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/highmem.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69 #include <linux/psi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 struct pcpu_drain {
101         struct zone *zone;
102         struct work_struct work;
103 };
104 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
105 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
106
107 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
108 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
109 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
110 #endif
111
112 /*
113  * Array of node states.
114  */
115 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
116         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
117         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
118 #ifndef CONFIG_NUMA
119         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
121         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #endif
123         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif  /* NUMA */
126 };
127 EXPORT_SYMBOL(node_states);
128
129 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
130 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
131 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
132 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
133
134 int percpu_pagelist_fraction;
135 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
136
137 /*
138  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
139  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
140  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
141  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
142  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
143  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
144  */
145 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
146 {
147         return page->index;
148 }
149
150 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
151 {
152         page->index = migratetype;
153 }
154
155 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
156 /*
157  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
158  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
159  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
160  * they should always be called with system_transition_mutex held
161  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
162  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
163  * with that modification).
164  */
165
166 static gfp_t saved_gfp_mask;
167
168 void pm_restore_gfp_mask(void)
169 {
170         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
171         if (saved_gfp_mask) {
172                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
173                 saved_gfp_mask = 0;
174         }
175 }
176
177 void pm_restrict_gfp_mask(void)
178 {
179         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
180         WARN_ON(saved_gfp_mask);
181         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
182         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
183 }
184
185 bool pm_suspended_storage(void)
186 {
187         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
188                 return false;
189         return true;
190 }
191 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
192
193 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
194 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
195 #endif
196
197 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
198
199 /*
200  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
201  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
202  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
203  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
204  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
205  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
206  *
207  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
208  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
209  */
210 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212         [ZONE_DMA] = 256,
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215         [ZONE_DMA32] = 256,
216 #endif
217         [ZONE_NORMAL] = 32,
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
220 #endif
221         [ZONE_MOVABLE] = 0,
222 };
223
224 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
225
226 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
228          "DMA",
229 #endif
230 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
231          "DMA32",
232 #endif
233          "Normal",
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235          "HighMem",
236 #endif
237          "Movable",
238 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
239          "Device",
240 #endif
241 };
242
243 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
244         "Unmovable",
245         "Movable",
246         "Reclaimable",
247         "HighAtomic",
248 #ifdef CONFIG_CMA
249         "CMA",
250 #endif
251 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
252         "Isolate",
253 #endif
254 };
255
256 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
257         NULL,
258         free_compound_page,
259 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
260         free_huge_page,
261 #endif
262 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
263         free_transhuge_page,
264 #endif
265 };
266
267 int min_free_kbytes = 1024;
268 int user_min_free_kbytes = -1;
269 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
270 /*
271  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
272  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
273  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
274  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
275  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
276  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
277  * fragmentation avoidance.
278  */
279 int watermark_boost_factor __read_mostly;
280 #else
281 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
282 #endif
283 int watermark_scale_factor = 10;
284
285 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
286 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
287 static unsigned long dma_reserve __initdata;
288
289 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
290 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
291 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
292 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
293 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
294 static unsigned long required_movablecore __initdata;
295 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
296 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
297 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
298
299 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
300 int movable_zone;
301 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
302 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
303
304 #if MAX_NUMNODES > 1
305 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
306 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
307 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
308 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
309 #endif
310
311 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
312
313 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
314 /*
315  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
316  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
317  * and we can permanently disable that path.
318  */
319 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
320
321 /*
322  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
323  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
324  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
325  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
326  *
327  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
328  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
329  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
330  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
331  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
332  * initialization is done, but this is not likely to happen.
333  */
334 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
335 {
336         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
337                 kasan_free_pages(page, order);
338 }
339
340 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
341 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
342 {
343         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
344
345         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
346                 return true;
347
348         return false;
349 }
350
351 /*
352  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
353  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
354  */
355 static bool __meminit
356 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
357 {
358         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
359
360         /*
361          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
362          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
363          */
364         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
365                 prev_end_pfn = end_pfn;
366                 nr_initialised = 0;
367         }
368
369         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
370         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
371                 return false;
372
373         /*
374          * We start only with one section of pages, more pages are added as
375          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
376          */
377         nr_initialised++;
378         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
379             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
380                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
381                 return true;
382         }
383         return false;
384 }
385 #else
386 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
387
388 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         return false;
391 }
392
393 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
394 {
395         return false;
396 }
397 #endif
398
399 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
400 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
401                                                         unsigned long pfn)
402 {
403 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
404         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
405 #else
406         return page_zone(page)->pageblock_flags;
407 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
408 }
409
410 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
411 {
412 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
413         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
414         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
415 #else
416         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
417         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
418 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
419 }
420
421 /**
422  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
423  * @page: The page within the block of interest
424  * @pfn: The target page frame number
425  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
426  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
427  *
428  * Return: pageblock_bits flags
429  */
430 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
431                                         unsigned long pfn,
432                                         unsigned long end_bitidx,
433                                         unsigned long mask)
434 {
435         unsigned long *bitmap;
436         unsigned long bitidx, word_bitidx;
437         unsigned long word;
438
439         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
440         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
441         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
442         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
443
444         word = bitmap[word_bitidx];
445         bitidx += end_bitidx;
446         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
447 }
448
449 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
450                                         unsigned long end_bitidx,
451                                         unsigned long mask)
452 {
453         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
454 }
455
456 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
457 {
458         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
459 }
460
461 /**
462  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
463  * @page: The page within the block of interest
464  * @flags: The flags to set
465  * @pfn: The target page frame number
466  * @end_bitidx: The last bit of interest
467  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
468  */
469 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
470                                         unsigned long pfn,
471                                         unsigned long end_bitidx,
472                                         unsigned long mask)
473 {
474         unsigned long *bitmap;
475         unsigned long bitidx, word_bitidx;
476         unsigned long old_word, word;
477
478         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
479         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485
486         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
487
488         bitidx += end_bitidx;
489         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
490         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
491
492         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
493         for (;;) {
494                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
495                 if (word == old_word)
496                         break;
497                 word = old_word;
498         }
499 }
500
501 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
502 {
503         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
504                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
505                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
506
507         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
508                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
509 }
510
511 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
512 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         int ret = 0;
515         unsigned seq;
516         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
517         unsigned long sp, start_pfn;
518
519         do {
520                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
521                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
522                 sp = zone->spanned_pages;
523                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
524                         ret = 1;
525         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
526
527         if (ret)
528                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
529                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
530                         start_pfn, start_pfn + sp);
531
532         return ret;
533 }
534
535 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
536 {
537         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
538                 return 0;
539         if (zone != page_zone(page))
540                 return 0;
541
542         return 1;
543 }
544 /*
545  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
546  */
547 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
548 {
549         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
550                 return 1;
551         if (!page_is_consistent(zone, page))
552                 return 1;
553
554         return 0;
555 }
556 #else
557 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
558 {
559         return 0;
560 }
561 #endif
562
563 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
564                 unsigned long bad_flags)
565 {
566         static unsigned long resume;
567         static unsigned long nr_shown;
568         static unsigned long nr_unshown;
569
570         /*
571          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
572          * or allow a steady drip of one report per second.
573          */
574         if (nr_shown == 60) {
575                 if (time_before(jiffies, resume)) {
576                         nr_unshown++;
577                         goto out;
578                 }
579                 if (nr_unshown) {
580                         pr_alert(
581                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
582                                 nr_unshown);
583                         nr_unshown = 0;
584                 }
585                 nr_shown = 0;
586         }
587         if (nr_shown++ == 0)
588                 resume = jiffies + 60 * HZ;
589
590         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
591                 current->comm, page_to_pfn(page));
592         __dump_page(page, reason);
593         bad_flags &= page->flags;
594         if (bad_flags)
595                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
596                                                 bad_flags, &bad_flags);
597         dump_page_owner(page);
598
599         print_modules();
600         dump_stack();
601 out:
602         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
603         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
604         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
605 }
606
607 /*
608  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
609  *
610  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
611  *
612  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
613  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
614  *
615  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
616  * page destructors. See compound_page_dtors.
617  *
618  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
619  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
620  */
621
622 void free_compound_page(struct page *page)
623 {
624         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
625 }
626
627 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
628 {
629         int i;
630         int nr_pages = 1 << order;
631
632         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
633         set_compound_order(page, order);
634         __SetPageHead(page);
635         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
636                 struct page *p = page + i;
637                 set_page_count(p, 0);
638                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
639                 set_compound_head(p, page);
640         }
641         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
642 }
643
644 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
645 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
646 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
647                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
648 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
649 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
650
651 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
652 {
653         if (!buf)
654                 return -EINVAL;
655         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
656 }
657 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
658
659 static bool need_debug_guardpage(void)
660 {
661         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
662         if (!debug_pagealloc_enabled())
663                 return false;
664
665         if (!debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         return true;
669 }
670
671 static void init_debug_guardpage(void)
672 {
673         if (!debug_pagealloc_enabled())
674                 return;
675
676         if (!debug_guardpage_minorder())
677                 return;
678
679         _debug_guardpage_enabled = true;
680 }
681
682 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
683         .need = need_debug_guardpage,
684         .init = init_debug_guardpage,
685 };
686
687 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
688 {
689         unsigned long res;
690
691         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
692                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
693                 return 0;
694         }
695         _debug_guardpage_minorder = res;
696         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
697         return 0;
698 }
699 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
700
701 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
702                                 unsigned int order, int migratetype)
703 {
704         struct page_ext *page_ext;
705
706         if (!debug_guardpage_enabled())
707                 return false;
708
709         if (order >= debug_guardpage_minorder())
710                 return false;
711
712         page_ext = lookup_page_ext(page);
713         if (unlikely(!page_ext))
714                 return false;
715
716         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
717
718         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
719         set_page_private(page, order);
720         /* Guard pages are not available for any usage */
721         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
722
723         return true;
724 }
725
726 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
727                                 unsigned int order, int migratetype)
728 {
729         struct page_ext *page_ext;
730
731         if (!debug_guardpage_enabled())
732                 return;
733
734         page_ext = lookup_page_ext(page);
735         if (unlikely(!page_ext))
736                 return;
737
738         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
739
740         set_page_private(page, 0);
741         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
742                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
743 }
744 #else
745 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
746 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
747                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
748 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
749                                 unsigned int order, int migratetype) {}
750 #endif
751
752 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
753 {
754         set_page_private(page, order);
755         __SetPageBuddy(page);
756 }
757
758 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
759 {
760         __ClearPageBuddy(page);
761         set_page_private(page, 0);
762 }
763
764 /*
765  * This function checks whether a page is free && is the buddy
766  * we can coalesce a page and its buddy if
767  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
768  * (b) the buddy is in the buddy system &&
769  * (c) a page and its buddy have the same order &&
770  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
771  *
772  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
773  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
774  *
775  * For recording page's order, we use page_private(page).
776  */
777 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
778                                                         unsigned int order)
779 {
780         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
781                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
782                         return 0;
783
784                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
785
786                 return 1;
787         }
788
789         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
790                 /*
791                  * zone check is done late to avoid uselessly
792                  * calculating zone/node ids for pages that could
793                  * never merge.
794                  */
795                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
796                         return 0;
797
798                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
799
800                 return 1;
801         }
802         return 0;
803 }
804
805 #ifdef CONFIG_COMPACTION
806 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
807 {
808         struct capture_control *capc = current->capture_control;
809
810         return capc &&
811                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
812                 !capc->page &&
813                 capc->cc->zone == zone &&
814                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
815 }
816
817 static inline bool
818 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
819                    int order, int migratetype)
820 {
821         if (!capc || order != capc->cc->order)
822                 return false;
823
824         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
825         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
826             is_migrate_isolate(migratetype))
827                 return false;
828
829         /*
830          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
831          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
832          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
833          * have trouble finding a high-order free page.
834          */
835         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
836                 return false;
837
838         capc->page = page;
839         return true;
840 }
841
842 #else
843 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
844 {
845         return NULL;
846 }
847
848 static inline bool
849 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
850                    int order, int migratetype)
851 {
852         return false;
853 }
854 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
855
856 /*
857  * Freeing function for a buddy system allocator.
858  *
859  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
860  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
861  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
862  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
863  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
864  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
865  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
866  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
867  * parts of the VM system.
868  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
869  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
870  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
871  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
872  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
873  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
874  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
875  * triggers coalescing into a block of larger size.
876  *
877  * -- nyc
878  */
879
880 static inline void __free_one_page(struct page *page,
881                 unsigned long pfn,
882                 struct zone *zone, unsigned int order,
883                 int migratetype)
884 {
885         unsigned long combined_pfn;
886         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
887         struct page *buddy;
888         unsigned int max_order;
889         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
890
891         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
892
893         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
894         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
895
896         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
897         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
898                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
899
900         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
901         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
902
903 continue_merging:
904         while (order < max_order - 1) {
905                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
906                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
907                                                                 migratetype);
908                         return;
909                 }
910                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
911                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
912
913                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
914                         goto done_merging;
915                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
916                         goto done_merging;
917                 /*
918                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
919                  * merge with it and move up one order.
920                  */
921                 if (page_is_guard(buddy)) {
922                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
923                 } else {
924                         list_del(&buddy->lru);
925                         zone->free_area[order].nr_free--;
926                         rmv_page_order(buddy);
927                 }
928                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
929                 page = page + (combined_pfn - pfn);
930                 pfn = combined_pfn;
931                 order++;
932         }
933         if (max_order < MAX_ORDER) {
934                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
935                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
936                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
937                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
938                  *
939                  * We don't want to hit this code for the more frequent
940                  * low-order merging.
941                  */
942                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
943                         int buddy_mt;
944
945                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
946                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
947                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
948
949                         if (migratetype != buddy_mt
950                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
951                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
952                                 goto done_merging;
953                 }
954                 max_order++;
955                 goto continue_merging;
956         }
957
958 done_merging:
959         set_page_order(page, order);
960
961         /*
962          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
963          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
964          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
965          * that is happening, add the free page to the tail of the list
966          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
967          * as a higher order page
968          */
969         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
970                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
971                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
972                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
973                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
974                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
975                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
976                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
977                         list_add_tail(&page->lru,
978                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
979                         goto out;
980                 }
981         }
982
983         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
984 out:
985         zone->free_area[order].nr_free++;
986 }
987
988 /*
989  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
990  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
991  * check if necessary.
992  */
993 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
994                                         unsigned long check_flags)
995 {
996         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
997                 return false;
998
999         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1000                         page_ref_count(page) |
1001 #ifdef CONFIG_MEMCG
1002                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1003 #endif
1004                         (page->flags & check_flags)))
1005                 return false;
1006
1007         return true;
1008 }
1009
1010 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1011 {
1012         const char *bad_reason;
1013         unsigned long bad_flags;
1014
1015         bad_reason = NULL;
1016         bad_flags = 0;
1017
1018         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1019                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1020         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1021                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1022         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1023                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1024         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1025                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1026                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1027         }
1028 #ifdef CONFIG_MEMCG
1029         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1030                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1031 #endif
1032         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1033 }
1034
1035 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1036 {
1037         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1038                 return 0;
1039
1040         /* Something has gone sideways, find it */
1041         free_pages_check_bad(page);
1042         return 1;
1043 }
1044
1045 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1046 {
1047         int ret = 1;
1048
1049         /*
1050          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1051          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1052          */
1053         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1054
1055         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1056                 ret = 0;
1057                 goto out;
1058         }
1059         switch (page - head_page) {
1060         case 1:
1061                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1062                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1063                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1064                         goto out;
1065                 }
1066                 break;
1067         case 2:
1068                 /*
1069                  * the second tail page: ->mapping is
1070                  * deferred_list.next -- ignore value.
1071                  */
1072                 break;
1073         default:
1074                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1075                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1076                         goto out;
1077                 }
1078                 break;
1079         }
1080         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1081                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1082                 goto out;
1083         }
1084         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1085                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1086                 goto out;
1087         }
1088         ret = 0;
1089 out:
1090         page->mapping = NULL;
1091         clear_compound_head(page);
1092         return ret;
1093 }
1094
1095 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1096                                         unsigned int order, bool check_free)
1097 {
1098         int bad = 0;
1099
1100         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1101
1102         trace_mm_page_free(page, order);
1103
1104         /*
1105          * Check tail pages before head page information is cleared to
1106          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1107          */
1108         if (unlikely(order)) {
1109                 bool compound = PageCompound(page);
1110                 int i;
1111
1112                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1113
1114                 if (compound)
1115                         ClearPageDoubleMap(page);
1116                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1117                         if (compound)
1118                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1119                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1120                                 bad++;
1121                                 continue;
1122                         }
1123                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1124                 }
1125         }
1126         if (PageMappingFlags(page))
1127                 page->mapping = NULL;
1128         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1129                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1130         if (check_free)
1131                 bad += free_pages_check(page);
1132         if (bad)
1133                 return false;
1134
1135         page_cpupid_reset_last(page);
1136         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1137         reset_page_owner(page, order);
1138
1139         if (!PageHighMem(page)) {
1140                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1141                                            PAGE_SIZE << order);
1142                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1143                                            PAGE_SIZE << order);
1144         }
1145         arch_free_page(page, order);
1146         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1147         if (debug_pagealloc_enabled())
1148                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1149
1150         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1151
1152         return true;
1153 }
1154
1155 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1156 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1157 {
1158         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1159 }
1160
1161 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1162 {
1163         return false;
1164 }
1165 #else
1166 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1167 {
1168         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1169 }
1170
1171 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1172 {
1173         return free_pages_check(page);
1174 }
1175 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1176
1177 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1178 {
1179         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1180         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1181         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1182
1183         prefetch(buddy);
1184 }
1185
1186 /*
1187  * Frees a number of pages from the PCP lists
1188  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1189  * count is the number of pages to free.
1190  *
1191  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1192  * see if this freeing clears that state.
1193  *
1194  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1195  * pinned" detection logic.
1196  */
1197 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1198                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1199 {
1200         int migratetype = 0;
1201         int batch_free = 0;
1202         int prefetch_nr = 0;
1203         bool isolated_pageblocks;
1204         struct page *page, *tmp;
1205         LIST_HEAD(head);
1206
1207         while (count) {
1208                 struct list_head *list;
1209
1210                 /*
1211                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1212                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1213                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1214                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1215                  * lists
1216                  */
1217                 do {
1218                         batch_free++;
1219                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1220                                 migratetype = 0;
1221                         list = &pcp->lists[migratetype];
1222                 } while (list_empty(list));
1223
1224                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1225                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1226                         batch_free = count;
1227
1228                 do {
1229                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1230                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1231                         list_del(&page->lru);
1232                         pcp->count--;
1233
1234                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1235                                 continue;
1236
1237                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1238
1239                         /*
1240                          * We are going to put the page back to the global
1241                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1242                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1243                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1244                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1245                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1246                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1247                          */
1248                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1249                                 prefetch_buddy(page);
1250                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1251         }
1252
1253         spin_lock(&zone->lock);
1254         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1255
1256         /*
1257          * Use safe version since after __free_one_page(),
1258          * page->lru.next will not point to original list.
1259          */
1260         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1261                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1262                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1263                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1264                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1265                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1266                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1267
1268                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1269                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1270         }
1271         spin_unlock(&zone->lock);
1272 }
1273
1274 static void free_one_page(struct zone *zone,
1275                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1276                                 unsigned int order,
1277                                 int migratetype)
1278 {
1279         spin_lock(&zone->lock);
1280         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1281                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1282                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1283         }
1284         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1285         spin_unlock(&zone->lock);
1286 }
1287
1288 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1289                                 unsigned long zone, int nid)
1290 {
1291         mm_zero_struct_page(page);
1292         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1293         init_page_count(page);
1294         page_mapcount_reset(page);
1295         page_cpupid_reset_last(page);
1296         page_kasan_tag_reset(page);
1297
1298         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1299 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1300         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1301         if (!is_highmem_idx(zone))
1302                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1303 #endif
1304 }
1305
1306 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1307 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1308 {
1309         pg_data_t *pgdat;
1310         int nid, zid;
1311
1312         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1313                 return;
1314
1315         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1316         pgdat = NODE_DATA(nid);
1317
1318         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1319                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1320
1321                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1322                         break;
1323         }
1324         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1325 }
1326 #else
1327 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1328 {
1329 }
1330 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1331
1332 /*
1333  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1334  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1335  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1336  * sent to the buddy page allocator.
1337  */
1338 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1339 {
1340         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1341         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1342
1343         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1344                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1345                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1346
1347                         init_reserved_page(start_pfn);
1348
1349                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1350                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351
1352                         /*
1353                          * no need for atomic set_bit because the struct
1354                          * page is not visible yet so nobody should
1355                          * access it yet.
1356                          */
1357                         __SetPageReserved(page);
1358                 }
1359         }
1360 }
1361
1362 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1363 {
1364         unsigned long flags;
1365         int migratetype;
1366         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1367
1368         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1369                 return;
1370
1371         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1372         local_irq_save(flags);
1373         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1374         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1375         local_irq_restore(flags);
1376 }
1377
1378 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1379 {
1380         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1381         struct page *p = page;
1382         unsigned int loop;
1383
1384         prefetchw(p);
1385         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1386                 prefetchw(p + 1);
1387                 __ClearPageReserved(p);
1388                 set_page_count(p, 0);
1389         }
1390         __ClearPageReserved(p);
1391         set_page_count(p, 0);
1392
1393         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1394         set_page_refcounted(page);
1395         __free_pages(page, order);
1396 }
1397
1398 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1399         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1400
1401 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1402
1403 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1404 {
1405         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1406         int nid;
1407
1408         spin_lock(&early_pfn_lock);
1409         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1410         if (nid < 0)
1411                 nid = first_online_node;
1412         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1413
1414         return nid;
1415 }
1416 #endif
1417
1418 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1419 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1420 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1421 {
1422         int nid;
1423
1424         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1425         if (nid >= 0 && nid != node)
1426                 return false;
1427         return true;
1428 }
1429
1430 #else
1431 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1432 {
1433         return true;
1434 }
1435 #endif
1436
1437
1438 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1439                                                         unsigned int order)
1440 {
1441         if (early_page_uninitialised(pfn))
1442                 return;
1443         __free_pages_core(page, order);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1448  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1449  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1450  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1451  * pageblocks.
1452  *
1453  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1454  *
1455  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1456  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1457  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1458  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1459  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1460  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1461  * page in a pageblock.
1462  */
1463 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1464                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1465 {
1466         struct page *start_page;
1467         struct page *end_page;
1468
1469         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1470         end_pfn--;
1471
1472         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1473                 return NULL;
1474
1475         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1476         if (!start_page)
1477                 return NULL;
1478
1479         if (page_zone(start_page) != zone)
1480                 return NULL;
1481
1482         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1483
1484         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1485         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1486                 return NULL;
1487
1488         return start_page;
1489 }
1490
1491 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1492 {
1493         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1494         unsigned long block_end_pfn;
1495
1496         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1497         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1498                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1499                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1500
1501                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1502
1503                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1504                                              block_end_pfn, zone))
1505                         return;
1506         }
1507
1508         /* We confirm that there is no hole */
1509         zone->contiguous = true;
1510 }
1511
1512 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1513 {
1514         zone->contiguous = false;
1515 }
1516
1517 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1518 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1519                                        unsigned long nr_pages)
1520 {
1521         struct page *page;
1522         unsigned long i;
1523
1524         if (!nr_pages)
1525                 return;
1526
1527         page = pfn_to_page(pfn);
1528
1529         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1530         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1531             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1532                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1533                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1534                 return;
1535         }
1536
1537         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1538                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1539                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1540                 __free_pages_core(page, 0);
1541         }
1542 }
1543
1544 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1545 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1546 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1547
1548 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1549 {
1550         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1551                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1552 }
1553
1554 /*
1555  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1556  *
1557  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1558  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1559  * function is optimized out.
1560  *
1561  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1562  * of the head pfn.
1563  */
1564 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1565 {
1566         if (!pfn_valid_within(pfn))
1567                 return false;
1568         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1569                 return false;
1570         return true;
1571 }
1572
1573 /*
1574  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1575  * pageblock_nr_pages sizes.
1576  */
1577 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1578                                        unsigned long end_pfn)
1579 {
1580         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1581         unsigned long nr_free = 0;
1582
1583         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1584                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1585                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1586                         nr_free = 0;
1587                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1588                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1589                         nr_free = 1;
1590                         touch_nmi_watchdog();
1591                 } else {
1592                         nr_free++;
1593                 }
1594         }
1595         /* Free the last block of pages to allocator */
1596         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1597 }
1598
1599 /*
1600  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1601  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1602  * Return number of pages initialized.
1603  */
1604 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1605                                                  unsigned long pfn,
1606                                                  unsigned long end_pfn)
1607 {
1608         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1609         int nid = zone_to_nid(zone);
1610         unsigned long nr_pages = 0;
1611         int zid = zone_idx(zone);
1612         struct page *page = NULL;
1613
1614         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1615                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1616                         page = NULL;
1617                         continue;
1618                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1619                         page = pfn_to_page(pfn);
1620                         touch_nmi_watchdog();
1621                 } else {
1622                         page++;
1623                 }
1624                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1625                 nr_pages++;
1626         }
1627         return (nr_pages);
1628 }
1629
1630 /*
1631  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1632  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1633  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1634  * return false indicating there are no valid ranges left.
1635  */
1636 static bool __init
1637 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1638                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1639                                     unsigned long first_init_pfn)
1640 {
1641         u64 j;
1642
1643         /*
1644          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1645          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1646          * so we just need to flush them out of the system.
1647          */
1648         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1649                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1650                         continue;
1651                 if (*spfn < first_init_pfn)
1652                         *spfn = first_init_pfn;
1653                 *i = j;
1654                 return true;
1655         }
1656
1657         return false;
1658 }
1659
1660 /*
1661  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1662  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1663  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1664  * page in __free_one_page()).
1665  *
1666  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1667  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1668  * any issues with the buddy page computation.
1669  */
1670 static unsigned long __init
1671 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1672                        unsigned long *end_pfn)
1673 {
1674         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1675         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1676         unsigned long nr_pages = 0;
1677         u64 j = *i;
1678
1679         /* First we loop through and initialize the page values */
1680         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1681                 unsigned long t;
1682
1683                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1684                         break;
1685
1686                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1687                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1688
1689                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1690                         *start_pfn = mo_pfn;
1691                         break;
1692                 }
1693         }
1694
1695         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1696         swap(j, *i);
1697
1698         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1699                 unsigned long t;
1700
1701                 if (mo_pfn <= spfn)
1702                         break;
1703
1704                 t = min(mo_pfn, epfn);
1705                 deferred_free_pages(spfn, t);
1706
1707                 if (mo_pfn <= epfn)
1708                         break;
1709         }
1710
1711         return nr_pages;
1712 }
1713
1714 /* Initialise remaining memory on a node */
1715 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1716 {
1717         pg_data_t *pgdat = data;
1718         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1719         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1720         unsigned long first_init_pfn, flags;
1721         unsigned long start = jiffies;
1722         struct zone *zone;
1723         int zid;
1724         u64 i;
1725
1726         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1727         if (!cpumask_empty(cpumask))
1728                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1729
1730         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1731         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1732         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1733                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1734                 pgdat_init_report_one_done();
1735                 return 0;
1736         }
1737
1738         /* Sanity check boundaries */
1739         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1740         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1741         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1742
1743         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1744         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1745                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1746                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1747                         break;
1748         }
1749
1750         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1751         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1752                                                  first_init_pfn))
1753                 goto zone_empty;
1754
1755         /*
1756          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1757          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1758          * allocator.
1759          */
1760         while (spfn < epfn)
1761                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1762 zone_empty:
1763         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1764
1765         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1766         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1767
1768         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1769                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1770
1771         pgdat_init_report_one_done();
1772         return 0;
1773 }
1774
1775 /*
1776  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1777  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1778  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1779  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1780  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1781  *
1782  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1783  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1784  * enough pages to satisfy the allocation.
1785  *
1786  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1787  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1788  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1789  */
1790 static noinline bool __init
1791 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1792 {
1793         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1794         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1795         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1796         unsigned long spfn, epfn, flags;
1797         unsigned long nr_pages = 0;
1798         u64 i;
1799
1800         /* Only the last zone may have deferred pages */
1801         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1802                 return false;
1803
1804         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1805
1806         /*
1807          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1808          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1809          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1810          * has this static branch.
1811          */
1812         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1813                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1814                 return true;
1815         }
1816
1817         /*
1818          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1819          * true, as there might be enough pages already.
1820          */
1821         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1822                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1823                 return true;
1824         }
1825
1826         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1827         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1828                                                  first_deferred_pfn)) {
1829                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1830                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1831                 return true;
1832         }
1833
1834         /*
1835          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1836          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1837          * allocator.
1838          */
1839         while (spfn < epfn) {
1840                 /* update our first deferred PFN for this section */
1841                 first_deferred_pfn = spfn;
1842
1843                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1844
1845                 /* We should only stop along section boundaries */
1846                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1847                         continue;
1848
1849                 /* If our quota has been met we can stop here */
1850                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1851                         break;
1852         }
1853
1854         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1855         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1856
1857         return nr_pages > 0;
1858 }
1859
1860 /*
1861  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1862  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1863  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1864  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1865  */
1866 static bool __ref
1867 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1868 {
1869         return deferred_grow_zone(zone, order);
1870 }
1871
1872 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1873
1874 void __init page_alloc_init_late(void)
1875 {
1876         struct zone *zone;
1877
1878 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1879         int nid;
1880
1881         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1882         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1883         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1884                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1885         }
1886
1887         /* Block until all are initialised */
1888         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1889
1890         /*
1891          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1892          * on-demand struct page initialization.
1893          */
1894         static_branch_disable(&deferred_pages);
1895
1896         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1897         files_maxfiles_init();
1898 #endif
1899
1900         /* Discard memblock private memory */
1901         memblock_discard();
1902
1903         for_each_populated_zone(zone)
1904                 set_zone_contiguous(zone);
1905 }
1906
1907 #ifdef CONFIG_CMA
1908 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1909 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1910 {
1911         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1912         struct page *p = page;
1913
1914         do {
1915                 __ClearPageReserved(p);
1916                 set_page_count(p, 0);
1917         } while (++p, --i);
1918
1919         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1920
1921         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1922                 i = pageblock_nr_pages;
1923                 p = page;
1924                 do {
1925                         set_page_refcounted(p);
1926                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1927                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1928                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1929         } else {
1930                 set_page_refcounted(page);
1931                 __free_pages(page, pageblock_order);
1932         }
1933
1934         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1935 }
1936 #endif
1937
1938 /*
1939  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1940  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1941  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1942  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1943  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1944  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1945  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1946  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1947  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1948  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1949  *
1950  * -- nyc
1951  */
1952 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1953         int low, int high, struct free_area *area,
1954         int migratetype)
1955 {
1956         unsigned long size = 1 << high;
1957
1958         while (high > low) {
1959                 area--;
1960                 high--;
1961                 size >>= 1;
1962                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1963
1964                 /*
1965                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1966                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1967                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1968                  * pages will stay not present in virtual address space
1969                  */
1970                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1971                         continue;
1972
1973                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1974                 area->nr_free++;
1975                 set_page_order(&page[size], high);
1976         }
1977 }
1978
1979 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1980 {
1981         const char *bad_reason = NULL;
1982         unsigned long bad_flags = 0;
1983
1984         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1985                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1986         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1987                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1988         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1989                 bad_reason = "nonzero _count";
1990         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1991                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1992                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1993                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1994                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1995                 return;
1996         }
1997         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1998                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1999                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2000         }
2001 #ifdef CONFIG_MEMCG
2002         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2003                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2004 #endif
2005         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2006 }
2007
2008 /*
2009  * This page is about to be returned from the page allocator
2010  */
2011 static inline int check_new_page(struct page *page)
2012 {
2013         if (likely(page_expected_state(page,
2014                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2015                 return 0;
2016
2017         check_new_page_bad(page);
2018         return 1;
2019 }
2020
2021 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2022 {
2023         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2024                 page_poisoning_enabled();
2025 }
2026
2027 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2028 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2029 {
2030         return false;
2031 }
2032
2033 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2034 {
2035         return check_new_page(page);
2036 }
2037 #else
2038 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2039 {
2040         return check_new_page(page);
2041 }
2042 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2043 {
2044         return false;
2045 }
2046 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2047
2048 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2049 {
2050         int i;
2051         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2052                 struct page *p = page + i;
2053
2054                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2055                         return true;
2056         }
2057
2058         return false;
2059 }
2060
2061 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2062                                 gfp_t gfp_flags)
2063 {
2064         set_page_private(page, 0);
2065         set_page_refcounted(page);
2066
2067         arch_alloc_page(page, order);
2068         if (debug_pagealloc_enabled())
2069                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2070         kasan_alloc_pages(page, order);
2071         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2072         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2073 }
2074
2075 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2076                                                         unsigned int alloc_flags)
2077 {
2078         int i;
2079
2080         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2081
2082         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
2083                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
2084                         clear_highpage(page + i);
2085
2086         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2087                 prep_compound_page(page, order);
2088
2089         /*
2090          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2091          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2092          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2093          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2094          */
2095         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2096                 set_page_pfmemalloc(page);
2097         else
2098                 clear_page_pfmemalloc(page);
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2103  * the smallest available page from the freelists
2104  */
2105 static __always_inline
2106 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2107                                                 int migratetype)
2108 {
2109         unsigned int current_order;
2110         struct free_area *area;
2111         struct page *page;
2112
2113         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2114         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2115                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2116                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
2117                                                         struct page, lru);
2118                 if (!page)
2119                         continue;
2120                 list_del(&page->lru);
2121                 rmv_page_order(page);
2122                 area->nr_free--;
2123                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2124                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2125                 return page;
2126         }
2127
2128         return NULL;
2129 }
2130
2131
2132 /*
2133  * This array describes the order lists are fallen back to when
2134  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2135  */
2136 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2137         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2138         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2139         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2140 #ifdef CONFIG_CMA
2141         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2142 #endif
2143 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2144         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2145 #endif
2146 };
2147
2148 #ifdef CONFIG_CMA
2149 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2150                                         unsigned int order)
2151 {
2152         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2153 }
2154 #else
2155 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2156                                         unsigned int order) { return NULL; }
2157 #endif
2158
2159 /*
2160  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2161  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2162  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2163  */
2164 static int move_freepages(struct zone *zone,
2165                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2166                           int migratetype, int *num_movable)
2167 {
2168         struct page *page;
2169         unsigned int order;
2170         int pages_moved = 0;
2171
2172 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2173         /*
2174          * page_zone is not safe to call in this context when
2175          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2176          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2177          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2178          * grouping pages by mobility
2179          */
2180         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2181                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2182                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2183 #endif
2184         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2185                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2186                         page++;
2187                         continue;
2188                 }
2189
2190                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2191                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2192
2193                 if (!PageBuddy(page)) {
2194                         /*
2195                          * We assume that pages that could be isolated for
2196                          * migration are movable. But we don't actually try
2197                          * isolating, as that would be expensive.
2198                          */
2199                         if (num_movable &&
2200                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2201                                 (*num_movable)++;
2202
2203                         page++;
2204                         continue;
2205                 }
2206
2207                 order = page_order(page);
2208                 list_move(&page->lru,
2209                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2210                 page += 1 << order;
2211                 pages_moved += 1 << order;
2212         }
2213
2214         return pages_moved;
2215 }
2216
2217 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2218                                 int migratetype, int *num_movable)
2219 {
2220         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2221         struct page *start_page, *end_page;
2222
2223         if (num_movable)
2224                 *num_movable = 0;
2225
2226         start_pfn = page_to_pfn(page);
2227         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2228         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2229         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2230         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2231
2232         /* Do not cross zone boundaries */
2233         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2234                 start_page = page;
2235         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2236                 return 0;
2237
2238         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2239                                                                 num_movable);
2240 }
2241
2242 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2243                                         int start_order, int migratetype)
2244 {
2245         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2246
2247         while (nr_pageblocks--) {
2248                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2249                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2250         }
2251 }
2252
2253 /*
2254  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2255  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2256  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2257  *
2258  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2259  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2260  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2261  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2262  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2263  * pageblocks.
2264  */
2265 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2266 {
2267         /*
2268          * Leaving this order check is intended, although there is
2269          * relaxed order check in next check. The reason is that
2270          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2271          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2272          * so could be changed anytime.
2273          */
2274         if (order >= pageblock_order)
2275                 return true;
2276
2277         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2278                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2279                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2280                 page_group_by_mobility_disabled)
2281                 return true;
2282
2283         return false;
2284 }
2285
2286 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2287 {
2288         unsigned long max_boost;
2289
2290         if (!watermark_boost_factor)
2291                 return;
2292
2293         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2294                         watermark_boost_factor, 10000);
2295
2296         /*
2297          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2298          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2299          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2300          * allocations that early means that reclaim is not going
2301          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2302          * boosted watermark resulting in a hang.
2303          */
2304         if (!max_boost)
2305                 return;
2306
2307         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2308
2309         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2310                 max_boost);
2311 }
2312
2313 /*
2314  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2315  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2316  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2317  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2318  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2319  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2320  */
2321 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2322                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2323 {
2324         unsigned int current_order = page_order(page);
2325         struct free_area *area;
2326         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2327         int old_block_type;
2328
2329         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2330
2331         /*
2332          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2333          * highatomic accounting.
2334          */
2335         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2336                 goto single_page;
2337
2338         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2339         if (current_order >= pageblock_order) {
2340                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2341                 goto single_page;
2342         }
2343
2344         /*
2345          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2346          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2347          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2348          */
2349         boost_watermark(zone);
2350         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2351                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2352
2353         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2354         if (!whole_block)
2355                 goto single_page;
2356
2357         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2358                                                 &movable_pages);
2359         /*
2360          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2361          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2362          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2363          */
2364         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2365                 alike_pages = movable_pages;
2366         } else {
2367                 /*
2368                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2369                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2370                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2371                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2372                  * exact migratetype of non-movable pages.
2373                  */
2374                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2375                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2376                                                 - (free_pages + movable_pages);
2377                 else
2378                         alike_pages = 0;
2379         }
2380
2381         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2382         if (!free_pages)
2383                 goto single_page;
2384
2385         /*
2386          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2387          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2388          */
2389         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2390                         page_group_by_mobility_disabled)
2391                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2392
2393         return;
2394
2395 single_page:
2396         area = &zone->free_area[current_order];
2397         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2402  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2403  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2404  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2405  */
2406 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2407                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2408 {
2409         int i;
2410         int fallback_mt;
2411
2412         if (area->nr_free == 0)
2413                 return -1;
2414
2415         *can_steal = false;
2416         for (i = 0;; i++) {
2417                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2418                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2419                         break;
2420
2421                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2422                         continue;
2423
2424                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2425                         *can_steal = true;
2426
2427                 if (!only_stealable)
2428                         return fallback_mt;
2429
2430                 if (*can_steal)
2431                         return fallback_mt;
2432         }
2433
2434         return -1;
2435 }
2436
2437 /*
2438  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2439  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2440  */
2441 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2442                                 unsigned int alloc_order)
2443 {
2444         int mt;
2445         unsigned long max_managed, flags;
2446
2447         /*
2448          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2449          * Check is race-prone but harmless.
2450          */
2451         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2452         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2453                 return;
2454
2455         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2456
2457         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2458         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2459                 goto out_unlock;
2460
2461         /* Yoink! */
2462         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2463         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2464             && !is_migrate_cma(mt)) {
2465                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2466                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2467                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2468         }
2469
2470 out_unlock:
2471         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2472 }
2473
2474 /*
2475  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2476  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2477  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2478  * to recover from than an OOM.
2479  *
2480  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2481  * pageblock is exhausted.
2482  */
2483 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2484                                                 bool force)
2485 {
2486         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2487         unsigned long flags;
2488         struct zoneref *z;
2489         struct zone *zone;
2490         struct page *page;
2491         int order;
2492         bool ret;
2493
2494         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2495                                                                 ac->nodemask) {
2496                 /*
2497                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2498                  * is really high.
2499                  */
2500                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2501                                         pageblock_nr_pages)
2502                         continue;
2503
2504                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2505                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2506                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2507
2508                         page = list_first_entry_or_null(
2509                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2510                                         struct page, lru);
2511                         if (!page)
2512                                 continue;
2513
2514                         /*
2515                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2516                          * we can counter several free pages in a pageblock
2517                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2518                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2519                          * adjust the count once.
2520                          */
2521                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2522                                 /*
2523                                  * It should never happen but changes to
2524                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2525                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2526                                  * while unreserving so be safe and watch for
2527                                  * underflows.
2528                                  */
2529                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2530                                                 pageblock_nr_pages,
2531                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2532                         }
2533
2534                         /*
2535                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2536                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2537                          * is doing the work and needs the pages. More
2538                          * importantly, if the block was always converted to
2539                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2540                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2541                          * may increase.
2542                          */
2543                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2544                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2545                                                                         NULL);
2546                         if (ret) {
2547                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2548                                 return ret;
2549                         }
2550                 }
2551                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2552         }
2553
2554         return false;
2555 }
2556
2557 /*
2558  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2559  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2560  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2561  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2562  *
2563  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2564  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2565  * condition simpler.
2566  */
2567 static __always_inline bool
2568 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2569                                                 unsigned int alloc_flags)
2570 {
2571         struct free_area *area;
2572         int current_order;
2573         int min_order = order;
2574         struct page *page;
2575         int fallback_mt;
2576         bool can_steal;
2577
2578         /*
2579          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2580          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2581          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2582          */
2583         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2584                 min_order = pageblock_order;
2585
2586         /*
2587          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2588          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2589          * would be too costly to do exactly.
2590          */
2591         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2592                                 --current_order) {
2593                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2594                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2595                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2596                 if (fallback_mt == -1)
2597                         continue;
2598
2599                 /*
2600                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2601                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2602                  * steal and split the smallest available page instead of the
2603                  * largest available page, because even if the next movable
2604                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2605                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2606                  */
2607                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2608                                         && current_order > order)
2609                         goto find_smallest;
2610
2611                 goto do_steal;
2612         }
2613
2614         return false;
2615
2616 find_smallest:
2617         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2618                                                         current_order++) {
2619                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2620                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2621                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2622                 if (fallback_mt != -1)
2623                         break;
2624         }
2625
2626         /*
2627          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2628          * when looking for the largest page.
2629          */
2630         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2631
2632 do_steal:
2633         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2634                                                         struct page, lru);
2635
2636         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2637                                                                 can_steal);
2638
2639         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2640                 start_migratetype, fallback_mt);
2641
2642         return true;
2643
2644 }
2645
2646 /*
2647  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2648  * Call me with the zone->lock already held.
2649  */
2650 static __always_inline struct page *
2651 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2652                                                 unsigned int alloc_flags)
2653 {
2654         struct page *page;
2655
2656 retry:
2657         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2658         if (unlikely(!page)) {
2659                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2660                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2661
2662                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2663                                                                 alloc_flags))
2664                         goto retry;
2665         }
2666
2667         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2668         return page;
2669 }
2670
2671 /*
2672  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2673  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2674  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2675  */
2676 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2677                         unsigned long count, struct list_head *list,
2678                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2679 {
2680         int i, alloced = 0;
2681
2682         spin_lock(&zone->lock);
2683         for (i = 0; i < count; ++i) {
2684                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2685                                                                 alloc_flags);
2686                 if (unlikely(page == NULL))
2687                         break;
2688
2689                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2690                         continue;
2691
2692                 /*
2693                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2694                  * physical page order. The page is added to the tail of
2695                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2696                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2697                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2698                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2699                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2700                  * pages are ordered properly.
2701                  */
2702                 list_add_tail(&page->lru, list);
2703                 alloced++;
2704                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2705                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2706                                               -(1 << order));
2707         }
2708
2709         /*
2710          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2711          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2712          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2713          * pages added to the pcp list.
2714          */
2715         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2716         spin_unlock(&zone->lock);
2717         return alloced;
2718 }
2719
2720 #ifdef CONFIG_NUMA
2721 /*
2722  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2723  * currently executing processor on remote nodes after they have
2724  * expired.
2725  *
2726  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2727  * a single processor.
2728  */
2729 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2730 {
2731         unsigned long flags;
2732         int to_drain, batch;
2733
2734         local_irq_save(flags);
2735         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2736         to_drain = min(pcp->count, batch);
2737         if (to_drain > 0)
2738                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2739         local_irq_restore(flags);
2740 }
2741 #endif
2742
2743 /*
2744  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2745  *
2746  * The processor must either be the current processor and the
2747  * thread pinned to the current processor or a processor that
2748  * is not online.
2749  */
2750 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2751 {
2752         unsigned long flags;
2753         struct per_cpu_pageset *pset;
2754         struct per_cpu_pages *pcp;
2755
2756         local_irq_save(flags);
2757         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2758
2759         pcp = &pset->pcp;
2760         if (pcp->count)
2761                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2762         local_irq_restore(flags);
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2767  *
2768  * The processor must either be the current processor and the
2769  * thread pinned to the current processor or a processor that
2770  * is not online.
2771  */
2772 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2773 {
2774         struct zone *zone;
2775
2776         for_each_populated_zone(zone) {
2777                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2778         }
2779 }
2780
2781 /*
2782  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2783  *
2784  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2785  * the single zone's pages.
2786  */
2787 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2788 {
2789         int cpu = smp_processor_id();
2790
2791         if (zone)
2792                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2793         else
2794                 drain_pages(cpu);
2795 }
2796
2797 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2798 {
2799         struct pcpu_drain *drain;
2800
2801         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2802
2803         /*
2804          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2805          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2806          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2807          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2808          * a different one.
2809          */
2810         preempt_disable();
2811         drain_local_pages(drain->zone);
2812         preempt_enable();
2813 }
2814
2815 /*
2816  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2817  *
2818  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2819  *
2820  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2821  */
2822 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2823 {
2824         int cpu;
2825
2826         /*
2827          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2828          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2829          */
2830         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2831
2832         /*
2833          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2834          * initialized.
2835          */
2836         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2837                 return;
2838
2839         /*
2840          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2841          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2842          * the drain to be complete when the call returns.
2843          */
2844         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2845                 if (!zone)
2846                         return;
2847                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2848         }
2849
2850         /*
2851          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2852          * as offline notification will cause the notified
2853          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2854          * disables preemption as part of its processing
2855          */
2856         for_each_online_cpu(cpu) {
2857                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2858                 struct zone *z;
2859                 bool has_pcps = false;
2860
2861                 if (zone) {
2862                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2863                         if (pcp->pcp.count)
2864                                 has_pcps = true;
2865                 } else {
2866                         for_each_populated_zone(z) {
2867                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2868                                 if (pcp->pcp.count) {
2869                                         has_pcps = true;
2870                                         break;
2871                                 }
2872                         }
2873                 }
2874
2875                 if (has_pcps)
2876                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2877                 else
2878                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2879         }
2880
2881         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2882                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2883
2884                 drain->zone = zone;
2885                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2886                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2887         }
2888         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2889                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2890
2891         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2892 }
2893
2894 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2895
2896 /*
2897  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2898  */
2899 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2900
2901 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2902 {
2903         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2904         unsigned long flags;
2905         unsigned int order, t;
2906         struct page *page;
2907
2908         if (zone_is_empty(zone))
2909                 return;
2910
2911         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2912
2913         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2914         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2915                 if (pfn_valid(pfn)) {
2916                         page = pfn_to_page(pfn);
2917
2918                         if (!--page_count) {
2919                                 touch_nmi_watchdog();
2920                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2921                         }
2922
2923                         if (page_zone(page) != zone)
2924                                 continue;
2925
2926                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2927                                 swsusp_unset_page_free(page);
2928                 }
2929
2930         for_each_migratetype_order(order, t) {
2931                 list_for_each_entry(page,
2932                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2933                         unsigned long i;
2934
2935                         pfn = page_to_pfn(page);
2936                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2937                                 if (!--page_count) {
2938                                         touch_nmi_watchdog();
2939                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2940                                 }
2941                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2942                         }
2943                 }
2944         }
2945         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2946 }
2947 #endif /* CONFIG_PM */
2948
2949 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2950 {
2951         int migratetype;
2952
2953         if (!free_pcp_prepare(page))
2954                 return false;
2955
2956         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2957         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2958         return true;
2959 }
2960
2961 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2962 {
2963         struct zone *zone = page_zone(page);
2964         struct per_cpu_pages *pcp;
2965         int migratetype;
2966
2967         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2968         __count_vm_event(PGFREE);
2969
2970         /*
2971          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2972          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2973          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2974          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2975          * excessively into the page allocator
2976          */
2977         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2978                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2979                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2980                         return;
2981                 }
2982                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2983         }
2984
2985         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2986         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2987         pcp->count++;
2988         if (pcp->count >= pcp->high) {
2989                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2990                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2991         }
2992 }
2993
2994 /*
2995  * Free a 0-order page
2996  */
2997 void free_unref_page(struct page *page)
2998 {
2999         unsigned long flags;
3000         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3001
3002         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3003                 return;
3004
3005         local_irq_save(flags);
3006         free_unref_page_commit(page, pfn);
3007         local_irq_restore(flags);
3008 }
3009
3010 /*
3011  * Free a list of 0-order pages
3012  */
3013 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3014 {
3015         struct page *page, *next;
3016         unsigned long flags, pfn;
3017         int batch_count = 0;
3018
3019         /* Prepare pages for freeing */
3020         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3021                 pfn = page_to_pfn(page);
3022                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3023                         list_del(&page->lru);
3024                 set_page_private(page, pfn);
3025         }
3026
3027         local_irq_save(flags);
3028         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3029                 unsigned long pfn = page_private(page);
3030
3031                 set_page_private(page, 0);
3032                 trace_mm_page_free_batched(page);
3033                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3034
3035                 /*
3036                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3037                  * a large list of pages to free.
3038                  */
3039                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3040                         local_irq_restore(flags);
3041                         batch_count = 0;
3042                         local_irq_save(flags);
3043                 }
3044         }
3045         local_irq_restore(flags);
3046 }
3047
3048 /*
3049  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3050  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3051  * Each sub-page must be freed individually.
3052  *
3053  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3054  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3055  */
3056 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3057 {
3058         int i;
3059
3060         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3061         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3062
3063         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3064                 set_page_refcounted(page + i);
3065         split_page_owner(page, order);
3066 }
3067 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3068
3069 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3070 {
3071         unsigned long watermark;
3072         struct zone *zone;
3073         int mt;
3074
3075         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3076
3077         zone = page_zone(page);
3078         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3079
3080         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3081                 /*
3082                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3083                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3084                  * watermark, because we already know our high-order page
3085                  * exists.
3086                  */
3087                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3088                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3089                         return 0;
3090
3091                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3092         }
3093
3094         /* Remove page from free list */
3095         list_del(&page->lru);
3096         zone->free_area[order].nr_free--;
3097         rmv_page_order(page);
3098
3099         /*
3100          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3101          * pageblock
3102          */
3103         if (order >= pageblock_order - 1) {
3104                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3105                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3106                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3107                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3108                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3109                                 set_pageblock_migratetype(page,
3110                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3111                 }
3112         }
3113
3114
3115         return 1UL << order;
3116 }
3117
3118 /*
3119  * Update NUMA hit/miss statistics
3120  *
3121  * Must be called with interrupts disabled.
3122  */
3123 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3124 {
3125 #ifdef CONFIG_NUMA
3126         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3127
3128         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3129         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3130                 return;
3131
3132         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3133                 local_stat = NUMA_OTHER;
3134
3135         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3136                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3137         else {
3138                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3139                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3140         }
3141         __inc_numa_state(z, local_stat);
3142 #endif
3143 }
3144
3145 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3146 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3147                         unsigned int alloc_flags,
3148                         struct per_cpu_pages *pcp,
3149                         struct list_head *list)
3150 {
3151         struct page *page;
3152
3153         do {
3154                 if (list_empty(list)) {
3155                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3156                                         pcp->batch, list,
3157                                         migratetype, alloc_flags);
3158                         if (unlikely(list_empty(list)))
3159                                 return NULL;
3160                 }
3161
3162                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3163                 list_del(&page->lru);
3164                 pcp->count--;
3165         } while (check_new_pcp(page));
3166
3167         return page;
3168 }
3169
3170 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3171 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3172                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3173                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3174 {
3175         struct per_cpu_pages *pcp;
3176         struct list_head *list;
3177         struct page *page;
3178         unsigned long flags;
3179
3180         local_irq_save(flags);
3181         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3182         list = &pcp->lists[migratetype];
3183         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3184         if (page) {
3185                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3186                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3187         }
3188         local_irq_restore(flags);
3189         return page;
3190 }
3191
3192 /*
3193  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3194  */
3195 static inline
3196 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3197                         struct zone *zone, unsigned int order,
3198                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3199                         int migratetype)
3200 {
3201         unsigned long flags;
3202         struct page *page;
3203
3204         if (likely(order == 0)) {
3205                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3206                                         migratetype, alloc_flags);
3207                 goto out;
3208         }
3209
3210         /*
3211          * We most definitely don't want callers attempting to
3212          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3213          */
3214         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3215         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3216
3217         do {
3218                 page = NULL;
3219                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3220                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3221                         if (page)
3222                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3223                 }
3224                 if (!page)
3225                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3226         } while (page && check_new_pages(page, order));
3227         spin_unlock(&zone->lock);
3228         if (!page)
3229                 goto failed;
3230         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3231                                   get_pcppage_migratetype(page));
3232
3233         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3234         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3235         local_irq_restore(flags);
3236
3237 out:
3238         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3239         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3240                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3241                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3242         }
3243
3244         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3245         return page;
3246
3247 failed:
3248         local_irq_restore(flags);
3249         return NULL;
3250 }
3251
3252 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3253
3254 static struct {
3255         struct fault_attr attr;
3256
3257         bool ignore_gfp_highmem;
3258         bool ignore_gfp_reclaim;
3259         u32 min_order;
3260 } fail_page_alloc = {
3261         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3262         .ignore_gfp_reclaim = true,
3263         .ignore_gfp_highmem = true,
3264         .min_order = 1,
3265 };
3266
3267 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3268 {
3269         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3270 }
3271 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3272
3273 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3274 {
3275         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3276                 return false;
3277         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3278                 return false;
3279         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3280                 return false;
3281         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3282                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3283                 return false;
3284
3285         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3286 }
3287
3288 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3289
3290 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3291 {
3292         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3293         struct dentry *dir;
3294
3295         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3296                                         &fail_page_alloc.attr);
3297
3298         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3299                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3300         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3301                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3302         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3303
3304         return 0;
3305 }
3306
3307 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3308
3309 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3310
3311 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3312
3313 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3314 {
3315         return false;
3316 }
3317
3318 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3319
3320 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3321 {
3322         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3323 }
3324 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3325
3326 /*
3327  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3328  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3329  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3330  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3331  */
3332 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3333                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3334                          long free_pages)
3335 {
3336         long min = mark;
3337         int o;
3338         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3339
3340         /* free_pages may go negative - that's OK */
3341         free_pages -= (1 << order) - 1;
3342
3343         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3344                 min -= min / 2;
3345
3346         /*
3347          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3348          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3349          * atomic reserve but it avoids a search.
3350          */
3351         if (likely(!alloc_harder)) {
3352                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3353         } else {
3354                 /*
3355                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3356                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3357                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3358                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3359                  */
3360                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3361                         min -= min / 2;
3362                 else
3363                         min -= min / 4;
3364         }
3365
3366
3367 #ifdef CONFIG_CMA
3368         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3369         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3370                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3371 #endif
3372
3373         /*
3374          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3375          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3376          * even if a suitable page happened to be free.
3377          */
3378         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3379                 return false;
3380
3381         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3382         if (!order)
3383                 return true;
3384
3385         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3386         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3387                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3388                 int mt;
3389
3390                 if (!area->nr_free)
3391                         continue;
3392
3393                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3394                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3395                                 return true;
3396                 }
3397
3398 #ifdef CONFIG_CMA
3399                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3400                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3401                         return true;
3402                 }
3403 #endif
3404                 if (alloc_harder &&
3405                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3406                         return true;
3407         }
3408         return false;
3409 }
3410
3411 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3412                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3413 {
3414         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3415                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3416 }
3417
3418 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3419                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3420 {
3421         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3422         long cma_pages = 0;
3423
3424 #ifdef CONFIG_CMA
3425         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3426         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3427                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3428 #endif
3429
3430         /*
3431          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3432          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3433          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3434          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3435          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3436          */
3437         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3438                 return true;
3439
3440         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3441                                         free_pages);
3442 }
3443
3444 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3445                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3446 {
3447         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3448
3449         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3450                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3451
3452         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3453                                                                 free_pages);
3454 }
3455
3456 #ifdef CONFIG_NUMA
3457 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3458 {
3459         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3460                                 RECLAIM_DISTANCE;
3461 }
3462 #else   /* CONFIG_NUMA */
3463 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3464 {
3465         return true;
3466 }
3467 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3468
3469 /*
3470  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3471  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3472  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3473  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3474  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3475  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3476  */
3477 static inline unsigned int
3478 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3479 {
3480         unsigned int alloc_flags = 0;
3481
3482         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3483                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3484
3485 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3486         if (!zone)
3487                 return alloc_flags;
3488
3489         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3490                 return alloc_flags;
3491
3492         /*
3493          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3494          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3495          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3496          */
3497         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3498         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3499                 return alloc_flags;
3500
3501         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3502 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3503         return alloc_flags;
3504 }
3505
3506 /*
3507  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3508  * a page.
3509  */
3510 static struct page *
3511 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3512                                                 const struct alloc_context *ac)
3513 {
3514         struct zoneref *z;
3515         struct zone *zone;
3516         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3517         bool no_fallback;
3518
3519 retry:
3520         /*
3521          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3522          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3523          */
3524         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3525         z = ac->preferred_zoneref;
3526         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3527                                                                 ac->nodemask) {
3528                 struct page *page;
3529                 unsigned long mark;
3530
3531                 if (cpusets_enabled() &&
3532                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3533                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3534                                 continue;
3535                 /*
3536                  * When allocating a page cache page for writing, we
3537                  * want to get it from a node that is within its dirty
3538                  * limit, such that no single node holds more than its
3539                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3540                  * The dirty limits take into account the node's
3541                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3542                  * should be able to balance it without having to
3543                  * write pages from its LRU list.
3544                  *
3545                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3546                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3547                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3548                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3549                  * nodes are together not big enough to reach the
3550                  * global limit.  The proper fix for these situations
3551                  * will require awareness of nodes in the
3552                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3553                  */
3554                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3555                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3556                                 continue;
3557
3558                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3559                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3560                                 continue;
3561                         }
3562                 }
3563
3564                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3565                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3566                         int local_nid;
3567
3568                         /*
3569                          * If moving to a remote node, retry but allow
3570                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3571                          * than fragmentation avoidance.
3572                          */
3573                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3574                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3575                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3576                                 goto retry;
3577                         }
3578                 }
3579
3580                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3581                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3582                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3583                         int ret;
3584
3585 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3586                         /*
3587                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3588                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3589                          */
3590                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3591                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3592                                         goto try_this_zone;
3593                         }
3594 #endif
3595                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3596                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3597                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3598                                 goto try_this_zone;
3599
3600                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3601                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3602                                 continue;
3603
3604                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3605                         switch (ret) {
3606                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3607                                 /* did not scan */
3608                                 continue;
3609                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3610                                 /* scanned but unreclaimable */
3611                                 continue;
3612                         default:
3613                                 /* did we reclaim enough */
3614                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3615                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3616                                         goto try_this_zone;
3617
3618                                 continue;
3619                         }
3620                 }
3621
3622 try_this_zone:
3623                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3624                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3625                 if (page) {
3626                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3627
3628                         /*
3629                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3630                          * if the pageblock should be reserved for the future
3631                          */
3632                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3633                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3634
3635                         return page;
3636                 } else {
3637 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3638                         /* Try again if zone has deferred pages */
3639                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3640                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3641                                         goto try_this_zone;
3642                         }
3643 #endif
3644                 }
3645         }
3646
3647         /*
3648          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3649          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3650          */
3651         if (no_fallback) {
3652                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3653                 goto retry;
3654         }
3655
3656         return NULL;
3657 }
3658
3659 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3660 {
3661         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3662         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3663
3664         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3665                 return;
3666
3667         /*
3668          * This documents exceptions given to allocations in certain
3669          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3670          * of allowed nodes.
3671          */
3672         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3673                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3674                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3675                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3676         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3677                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3678
3679         show_mem(filter, nodemask);
3680 }
3681
3682 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3683 {
3684         struct va_format vaf;
3685         va_list args;
3686         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3687                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3688
3689         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3690                 return;
3691
3692         va_start(args, fmt);
3693         vaf.fmt = fmt;
3694         vaf.va = &args;
3695         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3696                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3697                         nodemask_pr_args(nodemask));
3698         va_end(args);
3699
3700         cpuset_print_current_mems_allowed();
3701         pr_cont("\n");
3702         dump_stack();
3703         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3704 }
3705
3706 static inline struct page *
3707 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3708                               unsigned int alloc_flags,
3709                               const struct alloc_context *ac)
3710 {
3711         struct page *page;
3712
3713         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3714                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3715         /*
3716          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3717          * are depleted
3718          */
3719         if (!page)
3720                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3721                                 alloc_flags, ac);
3722
3723         return page;
3724 }
3725
3726 static inline struct page *
3727 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3728         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3729 {
3730         struct oom_control oc = {
3731                 .zonelist = ac->zonelist,
3732                 .nodemask = ac->nodemask,
3733                 .memcg = NULL,
3734                 .gfp_mask = gfp_mask,
3735                 .order = order,
3736         };
3737         struct page *page;
3738
3739         *did_some_progress = 0;
3740
3741         /*
3742          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3743          * making progress for us.
3744          */
3745         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3746                 *did_some_progress = 1;
3747                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3748                 return NULL;
3749         }
3750
3751         /*
3752          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3753          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3754          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3755          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3756          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3757          */
3758         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3759                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3760                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3761         if (page)
3762                 goto out;
3763
3764         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3765         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3766                 goto out;
3767         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3768         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3769                 goto out;
3770         /*
3771          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3772          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3773          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3774          * fallback than shooting a random task.
3775          */
3776         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3777                 goto out;
3778         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3779         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3780                 goto out;
3781         if (pm_suspended_storage())
3782                 goto out;
3783         /*
3784          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3785          * other request to make a forward progress.
3786          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3787          * do much for this context but let's try it to at least get
3788          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3789          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3790          * failures more gracefully we should just bail out here.
3791          */
3792
3793         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3794         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3795                 goto out;
3796
3797         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3798         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3799                 *did_some_progress = 1;
3800
3801                 /*
3802                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3803                  * reserves
3804                  */
3805                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3806                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3807                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3808         }
3809 out:
3810         mutex_unlock(&oom_lock);
3811         return page;
3812 }
3813
3814 /*
3815  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3816  * killer is consider as the only way to move forward.
3817  */
3818 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3819
3820 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3821 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3822 static struct page *
3823 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3824                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3825                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3826 {
3827         struct page *page = NULL;
3828         unsigned long pflags;
3829         unsigned int noreclaim_flag;
3830
3831         if (!order)
3832                 return NULL;
3833
3834         psi_memstall_enter(&pflags);
3835         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3836
3837         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3838                                                                 prio, &page);
3839
3840         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3841         psi_memstall_leave(&pflags);
3842
3843         /*
3844          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3845          * count a compaction stall
3846          */
3847         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3848
3849         /* Prep a captured page if available */
3850         if (page)
3851                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3852
3853         /* Try get a page from the freelist if available */
3854         if (!page)
3855                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3856
3857         if (page) {
3858                 struct zone *zone = page_zone(page);
3859
3860                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3861                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3862                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3863                 return page;
3864         }
3865
3866         /*
3867          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3868          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3869          */
3870         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3871
3872         cond_resched();
3873
3874         return NULL;
3875 }
3876
3877 static inline bool
3878 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3879                      enum compact_result compact_result,
3880                      enum compact_priority *compact_priority,
3881                      int *compaction_retries)
3882 {
3883         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3884         int min_priority;
3885         bool ret = false;
3886         int retries = *compaction_retries;
3887         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3888
3889         if (!order)
3890                 return false;
3891
3892         if (compaction_made_progress(compact_result))
3893                 (*compaction_retries)++;
3894
3895         /*
3896          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3897          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3898          * failure could be caused by insufficient priority
3899          */
3900         if (compaction_failed(compact_result))
3901                 goto check_priority;
3902
3903         /*
3904          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3905          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3906          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3907          * compaction.
3908          */
3909         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3910                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3911                 goto out;
3912         }
3913
3914         /*
3915          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3916          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3917          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3918          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3919          * would need much more detailed feedback from compaction to
3920          * make a better decision.
3921          */
3922         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3923                 max_retries /= 4;
3924         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3925                 ret = true;
3926                 goto out;
3927         }
3928
3929         /*
3930          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3931          * all retries or failed at the lower priorities.
3932          */
3933 check_priority:
3934         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3935                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3936
3937         if (*compact_priority > min_priority) {
3938                 (*compact_priority)--;
3939                 *compaction_retries = 0;
3940                 ret = true;
3941         }
3942 out:
3943         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3944         return ret;
3945 }
3946 #else
3947 static inline struct page *
3948 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3949                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3950                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3951 {
3952         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3953         return NULL;
3954 }
3955
3956 static inline bool
3957 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3958                      enum compact_result compact_result,
3959                      enum compact_priority *compact_priority,
3960                      int *compaction_retries)
3961 {
3962         struct zone *zone;
3963         struct zoneref *z;
3964
3965         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3966                 return false;
3967
3968         /*
3969          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3970          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3971          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3972          * watermarks are OK.
3973          */
3974         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3975                                         ac->nodemask) {
3976                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3977                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3978                         return true;
3979         }
3980         return false;
3981 }
3982 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3983
3984 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3985 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3986         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3987
3988 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3989 {
3990         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3991
3992         /* no reclaim without waiting on it */
3993         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3994                 return false;
3995
3996         /* this guy won't enter reclaim */
3997         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3998                 return false;
3999
4000         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4001         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4002                 return false;
4003
4004         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4005                 return false;
4006
4007         return true;
4008 }
4009
4010 void __fs_reclaim_acquire(void)
4011 {
4012         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4013 }
4014
4015 void __fs_reclaim_release(void)
4016 {
4017         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4018 }
4019
4020 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4021 {
4022         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4023                 __fs_reclaim_acquire();
4024 }
4025 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4026
4027 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4028 {
4029         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4030                 __fs_reclaim_release();
4031 }
4032 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4033 #endif
4034
4035 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4036 static int
4037 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4038                                         const struct alloc_context *ac)
4039 {
4040         struct reclaim_state reclaim_state;
4041         int progress;
4042         unsigned int noreclaim_flag;
4043         unsigned long pflags;
4044
4045         cond_resched();
4046
4047         /* We now go into synchronous reclaim */
4048         cpuset_memory_pressure_bump();
4049         psi_memstall_enter(&pflags);
4050         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4051         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4052         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4053         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4054
4055         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4056                                                                 ac->nodemask);
4057
4058         current->reclaim_state = NULL;
4059         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4060         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4061         psi_memstall_leave(&pflags);
4062
4063         cond_resched();
4064
4065         return progress;
4066 }
4067
4068 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4069 static inline struct page *
4070 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4071                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4072                 unsigned long *did_some_progress)
4073 {
4074         struct page *page = NULL;
4075         bool drained = false;
4076
4077         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4078         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4079                 return NULL;
4080
4081 retry:
4082         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4083
4084         /*
4085          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4086          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4087          * Shrink them them and try again
4088          */
4089         if (!page && !drained) {
4090                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4091                 drain_all_pages(NULL);
4092                 drained = true;
4093                 goto retry;
4094         }
4095
4096         return page;
4097 }
4098
4099 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4100                              const struct alloc_context *ac)
4101 {
4102         struct zoneref *z;
4103         struct zone *zone;
4104         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4105         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4106
4107         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4108                                         ac->nodemask) {
4109                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4110                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4111                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4112         }
4113 }
4114
4115 static inline unsigned int
4116 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4117 {
4118         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4119
4120         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4121         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4122
4123         /*
4124          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4125          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4126          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4127          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4128          */
4129         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4130
4131         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4132                 /*
4133                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4134                  * if it can't schedule.
4135                  */
4136                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4137                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4138                 /*
4139                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4140                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4141                  */
4142                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4143         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4144                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4145
4146         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4147                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4148
4149 #ifdef CONFIG_CMA
4150         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4151                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4152 #endif
4153         return alloc_flags;
4154 }
4155
4156 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4157 {
4158         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4159                 return false;
4160
4161         /*
4162          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4163          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4164          */
4165         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4166                 return false;
4167
4168         return true;
4169 }
4170
4171 /*
4172  * Distinguish requests which really need access to full memory
4173  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4174  */
4175 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4176 {
4177         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4178                 return 0;
4179         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4180                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4181         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4182                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4183         if (!in_interrupt()) {
4184                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4185                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4186                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4187                         return ALLOC_OOM;
4188         }
4189
4190         return 0;
4191 }
4192
4193 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4194 {
4195         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4196 }
4197
4198 /*
4199  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4200  * for the given allocation request.
4201  *
4202  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4203  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4204  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4205  *
4206  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4207  */
4208 static inline bool
4209 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4210                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4211                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4212 {
4213         struct zone *zone;
4214         struct zoneref *z;
4215         bool ret = false;
4216
4217         /*
4218          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4219          * their order will become available due to high fragmentation so
4220          * always increment the no progress counter for them
4221          */
4222         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4223                 *no_progress_loops = 0;
4224         else
4225                 (*no_progress_loops)++;
4226
4227         /*
4228          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4229          * several times in the row.
4230          */
4231         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4232                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4233                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4234         }
4235
4236         /*
4237          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4238          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4239          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4240          * screwed and have to go OOM.
4241          */
4242         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4243                                         ac->nodemask) {
4244                 unsigned long available;
4245                 unsigned long reclaimable;
4246                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4247                 bool wmark;
4248
4249                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4250                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4251
4252                 /*
4253                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4254                  * reclaimable pages?
4255                  */
4256                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4257                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4258                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4259                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4260                 if (wmark) {
4261                         /*
4262                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4263                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4264                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4265                          * prevent from pre mature OOM
4266                          */
4267                         if (!did_some_progress) {
4268                                 unsigned long write_pending;
4269
4270                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4271                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4272
4273                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4274                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4275                                         return true;
4276                                 }
4277                         }
4278
4279                         ret = true;
4280                         goto out;
4281                 }
4282         }
4283
4284 out:
4285         /*
4286          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4287          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4288          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4289          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4290          * here rather than calling cond_resched().
4291          */
4292         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4293                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4294         else
4295                 cond_resched();
4296         return ret;
4297 }
4298
4299 static inline bool
4300 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4301 {
4302         /*
4303          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4304          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4305          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4306          * such a way the check therein was true, and then it became false
4307          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4308          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4309          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4310          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4311          * caller can deal with a violated nodemask.
4312          */
4313         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4314                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4315                 ac->nodemask = NULL;
4316                 return true;
4317         }
4318
4319         /*
4320          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4321          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4322          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4323          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4324          * retry.
4325          */
4326         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4327                 return true;
4328
4329         return false;
4330 }
4331
4332 static inline struct page *
4333 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4334                                                 struct alloc_context *ac)
4335 {
4336         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4337         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4338         struct page *page = NULL;
4339         unsigned int alloc_flags;
4340         unsigned long did_some_progress;
4341         enum compact_priority compact_priority;
4342         enum compact_result compact_result;
4343         int compaction_retries;
4344         int no_progress_loops;
4345         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4346         int reserve_flags;
4347
4348         /*
4349          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4350          * callers that are not in atomic context.
4351          */
4352         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4353                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4354                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4355
4356 retry_cpuset:
4357         compaction_retries = 0;
4358         no_progress_loops = 0;
4359         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4360         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4361
4362         /*
4363          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4364          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4365          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4366          */
4367         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4368
4369         /*
4370          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4371          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4372          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4373          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4374          */
4375         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4376                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4377         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4378                 goto nopage;
4379
4380         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4381                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4382
4383         /*
4384          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4385          * that first
4386          */
4387         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4388         if (page)
4389                 goto got_pg;
4390
4391         /*
4392          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4393          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4394          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4395          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4396          * same migratetype.
4397          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4398          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4399          */
4400         if (can_direct_reclaim &&
4401                         (costly_order ||
4402                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4403                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4404                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4405                                                 alloc_flags, ac,
4406                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4407                                                 &compact_result);
4408                 if (page)
4409                         goto got_pg;
4410
4411                 /*
4412                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4413                  * includes THP page fault allocations
4414                  */
4415                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4416                         /*
4417                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4418                          * it is because sync compaction recently failed. If
4419                          * this is the case and the caller requested a THP
4420                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4421                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4422                          * direct reclaim.
4423                          */
4424                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4425                                 goto nopage;
4426
4427                         /*
4428                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4429                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4430                          * using async compaction.
4431                          */
4432                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4433                 }
4434         }
4435
4436 retry:
4437         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4438         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4439                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4440
4441         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4442         if (reserve_flags)
4443                 alloc_flags = reserve_flags;
4444
4445         /*
4446          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4447          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4448          * user oriented.
4449          */
4450         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4451                 ac->nodemask = NULL;
4452                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4453                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4454         }
4455
4456         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4457         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4458         if (page)
4459                 goto got_pg;
4460
4461         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4462         if (!can_direct_reclaim)
4463                 goto nopage;
4464
4465         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4466         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4467                 goto nopage;
4468
4469         /* Try direct reclaim and then allocating */
4470         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4471                                                         &did_some_progress);
4472         if (page)
4473                 goto got_pg;
4474
4475         /* Try direct compaction and then allocating */
4476         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4477                                         compact_priority, &compact_result);
4478         if (page)
4479                 goto got_pg;
4480
4481         /* Do not loop if specifically requested */
4482         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4483                 goto nopage;
4484
4485         /*
4486          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4487          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4488          */
4489         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4490                 goto nopage;
4491
4492         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4493                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4494                 goto retry;
4495
4496         /*
4497          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4498          * reclaim is not able to make any progress because the current
4499          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4500          * of free memory (see __compaction_suitable)
4501          */
4502         if (did_some_progress > 0 &&
4503                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4504                                 compact_result, &compact_priority,
4505                                 &compaction_retries))
4506                 goto retry;
4507
4508
4509         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4510         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4511                 goto retry_cpuset;
4512
4513         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4514         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4515         if (page)
4516                 goto got_pg;
4517
4518         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4519         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4520             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4521              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4522                 goto nopage;
4523
4524         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4525         if (did_some_progress) {
4526                 no_progress_loops = 0;
4527                 goto retry;
4528         }
4529
4530 nopage:
4531         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4532         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4533                 goto retry_cpuset;
4534
4535         /*
4536          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4537          * we always retry
4538          */
4539         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4540                 /*
4541                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4542                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4543                  */
4544                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4545                         goto fail;
4546
4547                 /*
4548                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4549                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4550                  * for somebody to do a work for us
4551                  */
4552                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4553
4554                 /*
4555                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4556                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4557                  * so that we can identify them and convert them to something
4558                  * else.
4559                  */
4560                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4561
4562                 /*
4563                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4564                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4565                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4566                  * the situation worse
4567                  */
4568                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4569                 if (page)
4570                         goto got_pg;
4571
4572                 cond_resched();
4573                 goto retry;
4574         }
4575 fail:
4576         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4577                         "page allocation failure: order:%u", order);
4578 got_pg:
4579         return page;
4580 }
4581
4582 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4583                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4584                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4585                 unsigned int *alloc_flags)
4586 {
4587         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4588         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4589         ac->nodemask = nodemask;
4590         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4591
4592         if (cpusets_enabled()) {
4593                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4594                 if (!ac->nodemask)
4595                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4596                 else
4597                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4598         }
4599
4600         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4601         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4602
4603         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4604
4605         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4606                 return false;
4607
4608         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4609                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4610
4611         return true;
4612 }
4613
4614 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4615 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4616 {
4617         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4618         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4619
4620         /*
4621          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4622          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4623          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4624          */
4625         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4626                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4627 }
4628
4629 /*
4630  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4631  */
4632 struct page *
4633 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4634                                                         nodemask_t *nodemask)
4635 {
4636         struct page *page;
4637         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4638         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4639         struct alloc_context ac = { };
4640
4641         /*
4642          * There are several places where we assume that the order value is sane
4643          * so bail out early if the request is out of bound.
4644          */
4645         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4646                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4647                 return NULL;
4648         }
4649
4650         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4651         alloc_mask = gfp_mask;
4652         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4653                 return NULL;
4654
4655         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4656
4657         /*
4658          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4659          * memory until all local zones are considered.
4660          */
4661         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4662
4663         /* First allocation attempt */
4664         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4665         if (likely(page))
4666                 goto out;
4667
4668         /*
4669          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4670          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4671          * from a particular context which has been marked by
4672          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4673          */
4674         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4675         ac.spread_dirty_pages = false;
4676
4677         /*
4678          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4679          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4680          */
4681         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4682                 ac.nodemask = nodemask;
4683
4684         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4685
4686 out:
4687         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4688             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4689                 __free_pages(page, order);
4690                 page = NULL;
4691         }
4692
4693         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4694
4695         return page;
4696 }
4697 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4698
4699 /*
4700  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4701  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4702  * you need to access high mem.
4703  */
4704 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4705 {
4706         struct page *page;
4707
4708         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4709         if (!page)
4710                 return 0;
4711         return (unsigned long) page_address(page);
4712 }
4713 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4714
4715 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4716 {
4717         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4718 }
4719 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4720
4721 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4722 {
4723         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4724                 free_unref_page(page);
4725         else
4726                 __free_pages_ok(page, order);
4727 }
4728
4729 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4730 {
4731         if (put_page_testzero(page))
4732                 free_the_page(page, order);
4733 }
4734 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4735
4736 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4737 {
4738         if (addr != 0) {
4739                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4740                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4741         }
4742 }
4743
4744 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4745
4746 /*
4747  * Page Fragment:
4748  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4749  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4750  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4751  *
4752  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4753  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4754  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4755  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4756  */
4757 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4758                                              gfp_t gfp_mask)
4759 {
4760         struct page *page = NULL;
4761         gfp_t gfp = gfp_mask;
4762
4763 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4764         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4765                     __GFP_NOMEMALLOC;
4766         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4767                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4768         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4769 #endif
4770         if (unlikely(!page))
4771                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4772
4773         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4774
4775         return page;
4776 }
4777
4778 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4779 {
4780         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4781
4782         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4783                 free_the_page(page, compound_order(page));
4784 }
4785 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4786
4787 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4788                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4789 {
4790         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4791         struct page *page;
4792         int offset;
4793
4794         if (unlikely(!nc->va)) {
4795 refill:
4796                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4797                 if (!page)
4798                         return NULL;
4799
4800 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4801                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4802                 size = nc->size;
4803 #endif
4804                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4805                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4806                  */
4807                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4808
4809                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4810                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4811                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4812                 nc->offset = size;
4813         }
4814
4815         offset = nc->offset - fragsz;
4816         if (unlikely(offset < 0)) {
4817                 page = virt_to_page(nc->va);
4818
4819                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4820                         goto refill;
4821
4822 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4823                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4824                 size = nc->size;
4825 #endif
4826                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4827                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4828
4829                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4830                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4831                 offset = size - fragsz;
4832         }
4833
4834         nc->pagecnt_bias--;
4835         nc->offset = offset;
4836
4837         return nc->va + offset;
4838 }
4839 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4840
4841 /*
4842  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4843  */
4844 void page_frag_free(void *addr)
4845 {
4846         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4847
4848         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4849                 free_the_page(page, compound_order(page));
4850 }
4851 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4852
4853 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4854                 size_t size)
4855 {
4856         if (addr) {
4857                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4858                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4859
4860                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4861                 while (used < alloc_end) {
4862                         free_page(used);
4863                         used += PAGE_SIZE;
4864                 }
4865         }
4866         return (void *)addr;
4867 }
4868
4869 /**
4870  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4871  * @size: the number of bytes to allocate
4872  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4873  *
4874  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4875  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4876  * allocate memory in power-of-two pages.
4877  *
4878  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4879  *
4880  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4881  *
4882  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4883  */
4884 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4885 {
4886         unsigned int order = get_order(size);
4887         unsigned long addr;
4888
4889         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4890                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4891
4892         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4893         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4894 }
4895 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4896
4897 /**
4898  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4899  *                         pages on a node.
4900  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4901  * @size: the number of bytes to allocate
4902  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4903  *
4904  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4905  * back.
4906  *
4907  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4908  */
4909 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4910 {
4911         unsigned int order = get_order(size);
4912         struct page *p;
4913
4914         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4915                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4916
4917         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4918         if (!p)
4919                 return NULL;
4920         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4921 }
4922
4923 /**
4924  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4925  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4926  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4927  *
4928  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4929  */
4930 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4931 {
4932         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4933         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4934
4935         while (addr < end) {
4936                 free_page(addr);
4937                 addr += PAGE_SIZE;
4938         }
4939 }
4940 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4941
4942 /**
4943  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4944  * @offset: The zone index of the highest zone
4945  *
4946  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4947  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4948  * zone, the number of pages is calculated as:
4949  *
4950  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4951  *
4952  * Return: number of pages beyond high watermark.
4953  */
4954 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4955 {
4956         struct zoneref *z;
4957         struct zone *zone;
4958
4959         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4960         unsigned long sum = 0;
4961
4962         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4963
4964         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4965                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4966                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4967                 if (size > high)
4968                         sum += size - high;
4969         }
4970
4971         return sum;
4972 }
4973
4974 /**
4975  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4976  *
4977  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4978  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4979  *
4980  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4981  * ZONE_NORMAL.
4982  */
4983 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4984 {
4985         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4986 }
4987 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4988
4989 /**
4990  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4991  *
4992  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4993  * high watermark within all zones.
4994  *
4995  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
4996  */
4997 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4998 {
4999         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5000 }
5001
5002 static inline void show_node(struct zone *zone)
5003 {
5004         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5005                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5006 }
5007
5008 long si_mem_available(void)
5009 {
5010         long available;
5011         unsigned long pagecache;
5012         unsigned long wmark_low = 0;
5013         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5014         unsigned long reclaimable;
5015         struct zone *zone;
5016         int lru;
5017
5018         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5019                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5020
5021         for_each_zone(zone)
5022                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5023
5024         /*
5025          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5026          * without causing swapping.
5027          */
5028         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5029
5030         /*
5031          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5032          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5033          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5034          */
5035         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5036         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5037         available += pagecache;
5038
5039         /*
5040          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5041          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5042          * low watermark.
5043          */
5044         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5045                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5046         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5047
5048         if (available < 0)
5049                 available = 0;
5050         return available;
5051 }
5052 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5053
5054 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5055 {
5056         val->totalram = totalram_pages();
5057         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5058         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5059         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5060         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5061         val->freehigh = nr_free_highpages();
5062         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5063 }
5064
5065 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5066
5067 #ifdef CONFIG_NUMA
5068 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5069 {
5070         int zone_type;          /* needs to be signed */
5071         unsigned long managed_pages = 0;
5072         unsigned long managed_highpages = 0;
5073         unsigned long free_highpages = 0;
5074         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5075
5076         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5077                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5078         val->totalram = managed_pages;
5079         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5080         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5081 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5082         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5083                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5084
5085                 if (is_highmem(zone)) {
5086                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5087                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5088                 }
5089         }
5090         val->totalhigh = managed_highpages;
5091         val->freehigh = free_highpages;
5092 #else
5093         val->totalhigh = managed_highpages;
5094         val->freehigh = free_highpages;
5095 #endif
5096         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5097 }
5098 #endif
5099
5100 /*
5101  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5102  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5103  */
5104 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5105 {
5106         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5107                 return false;
5108
5109         /*
5110          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5111          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5112          * have to be precise here.
5113          */
5114         if (!nodemask)
5115                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5116
5117         return !node_isset(nid, *nodemask);
5118 }
5119
5120 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5121
5122 static void show_migration_types(unsigned char type)
5123 {
5124         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5125                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5126                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5127                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5128                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5129 #ifdef CONFIG_CMA
5130                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5131 #endif
5132 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5133                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5134 #endif
5135         };
5136         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5137         char *p = tmp;
5138         int i;
5139
5140         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5141                 if (type & (1 << i))
5142                         *p++ = types[i];
5143         }
5144
5145         *p = '\0';
5146         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5147 }
5148
5149 /*
5150  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5151  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5152  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5153  *
5154  * Bits in @filter:
5155  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5156  *   cpuset.
5157  */
5158 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5159 {
5160         unsigned long free_pcp = 0;
5161         int cpu;
5162         struct zone *zone;
5163         pg_data_t *pgdat;
5164
5165         for_each_populated_zone(zone) {
5166                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5167                         continue;
5168
5169                 for_each_online_cpu(cpu)
5170                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5171         }
5172
5173         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5174                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5175                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5176                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5177                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5178                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5179                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5180                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5181                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5182                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5183                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5184                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5185                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5186                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5187                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5188                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5189                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5190                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5191                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5192                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5193                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5194                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5195                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5196                 free_pcp,
5197                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5198
5199         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5200                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5201                         continue;
5202
5203                 printk("Node %d"
5204                         " active_anon:%lukB"
5205                         " inactive_anon:%lukB"
5206                         " active_file:%lukB"
5207                         " inactive_file:%lukB"
5208                         " unevictable:%lukB"
5209                         " isolated(anon):%lukB"
5210                         " isolated(file):%lukB"
5211                         " mapped:%lukB"
5212                         " dirty:%lukB"
5213                         " writeback:%lukB"
5214                         " shmem:%lukB"
5215 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5216                         " shmem_thp: %lukB"
5217                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5218                         " anon_thp: %lukB"
5219 #endif
5220                         " writeback_tmp:%lukB"
5221                         " unstable:%lukB"
5222                         " all_unreclaimable? %s"
5223                         "\n",
5224                         pgdat->node_id,
5225                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5226                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5227                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5228                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5229                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5230                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5231                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5232                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5233                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5234                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5235                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5236 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5237                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5238                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5239                                         * HPAGE_PMD_NR),
5240                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5241 #endif
5242                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5243                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5244                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5245                                 "yes" : "no");
5246         }
5247
5248         for_each_populated_zone(zone) {
5249                 int i;
5250
5251                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5252                         continue;
5253
5254                 free_pcp = 0;
5255                 for_each_online_cpu(cpu)
5256                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5257
5258                 show_node(zone);
5259                 printk(KERN_CONT
5260                         "%s"
5261                         " free:%lukB"
5262                         " min:%lukB"
5263                         " low:%lukB"
5264                         " high:%lukB"
5265                         " active_anon:%lukB"
5266                         " inactive_anon:%lukB"
5267                         " active_file:%lukB"
5268                         " inactive_file:%lukB"
5269                         " unevictable:%lukB"
5270                         " writepending:%lukB"
5271                         " present:%lukB"
5272                         " managed:%lukB"
5273                         " mlocked:%lukB"
5274                         " kernel_stack:%lukB"
5275                         " pagetables:%lukB"
5276                         " bounce:%lukB"
5277                         " free_pcp:%lukB"
5278                         " local_pcp:%ukB"
5279                         " free_cma:%lukB"
5280                         "\n",
5281                         zone->name,
5282                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5283                         K(min_wmark_pages(zone)),
5284                         K(low_wmark_pages(zone)),
5285                         K(high_wmark_pages(zone)),
5286                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5287                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5288                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5289                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5290                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5291                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5292                         K(zone->present_pages),
5293                         K(zone_managed_pages(zone)),
5294                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5295                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5296                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5297                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5298                         K(free_pcp),
5299                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5300                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5301                 printk("lowmem_reserve[]:");
5302                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5303                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5304                 printk(KERN_CONT "\n");
5305         }
5306
5307         for_each_populated_zone(zone) {
5308                 unsigned int order;
5309                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5310                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5311
5312                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5313                         continue;
5314                 show_node(zone);
5315                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5316
5317                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5318                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5319                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5320                         int type;
5321
5322                         nr[order] = area->nr_free;
5323                         total += nr[order] << order;
5324
5325                         types[order] = 0;
5326                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5327                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5328                                         types[order] |= 1 << type;
5329                         }
5330                 }
5331                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5332                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5333                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5334                                nr[order], K(1UL) << order);
5335                         if (nr[order])
5336                                 show_migration_types(types[order]);
5337                 }
5338                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5339         }
5340
5341         hugetlb_show_meminfo();
5342
5343         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5344
5345         show_swap_cache_info();
5346 }
5347
5348 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5349 {
5350         zoneref->zone = zone;
5351         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5352 }
5353
5354 /*
5355  * Builds allocation fallback zone lists.
5356  *
5357  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5358  */
5359 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5360 {
5361         struct zone *zone;
5362         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5363         int nr_zones = 0;
5364
5365         do {
5366                 zone_type--;
5367                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5368                 if (managed_zone(zone)) {
5369                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5370                         check_highest_zone(zone_type);
5371                 }
5372         } while (zone_type);
5373
5374         return nr_zones;
5375 }
5376
5377 #ifdef CONFIG_NUMA
5378
5379 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5380 {
5381         /*
5382          * We used to support different zonlists modes but they turned
5383          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5384          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5385          * not fail it silently
5386          */
5387         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5388                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5389                 return -EINVAL;
5390         }
5391         return 0;
5392 }
5393
5394 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5395 {
5396         if (!s)
5397                 return 0;
5398
5399         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5400 }
5401 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5402
5403 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5404
5405 /*
5406  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5407  */
5408 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5409                 void __user *buffer, size_t *length,
5410                 loff_t *ppos)
5411 {
5412         char *str;
5413         int ret;
5414
5415         if (!write)
5416                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5417         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5418         if (IS_ERR(str))
5419                 return PTR_ERR(str);
5420
5421         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5422         kfree(str);
5423         return ret;
5424 }
5425
5426
5427 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5428 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5429
5430 /**
5431  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5432  * @node: node whose fallback list we're appending
5433  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5434  *
5435  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5436  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5437  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5438  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5439  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5440  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5441  * on them otherwise.
5442  *
5443  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5444  */
5445 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5446 {
5447         int n, val;
5448         int min_val = INT_MAX;
5449         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5450         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5451
5452         /* Use the local node if we haven't already */
5453         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5454                 node_set(node, *used_node_mask);
5455                 return node;
5456         }
5457
5458         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5459
5460                 /* Don't want a node to appear more than once */
5461                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5462                         continue;
5463
5464                 /* Use the distance array to find the distance */
5465                 val = node_distance(node, n);
5466
5467                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5468                 val += (n < node);
5469
5470                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5471                 tmp = cpumask_of_node(n);
5472                 if (!cpumask_empty(tmp))
5473                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5474
5475                 /* Slight preference for less loaded node */
5476                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5477                 val += node_load[n];
5478
5479                 if (val < min_val) {
5480                         min_val = val;
5481                         best_node = n;
5482                 }
5483         }
5484
5485         if (best_node >= 0)
5486                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5487
5488         return best_node;
5489 }
5490
5491
5492 /*
5493  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5494  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5495  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5496  */
5497 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5498                 unsigned nr_nodes)
5499 {
5500         struct zoneref *zonerefs;
5501         int i;
5502
5503         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5504
5505         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5506                 int nr_zones;
5507
5508                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5509
5510                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5511                 zonerefs += nr_zones;
5512         }
5513         zonerefs->zone = NULL;
5514         zonerefs->zone_idx = 0;
5515 }
5516
5517 /*
5518  * Build gfp_thisnode zonelists
5519  */
5520 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5521 {
5522         struct zoneref *zonerefs;
5523         int nr_zones;
5524
5525         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5526         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5527         zonerefs += nr_zones;
5528         zonerefs->zone = NULL;
5529         zonerefs->zone_idx = 0;
5530 }
5531
5532 /*
5533  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5534  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5535  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5536  * may still exist in local DMA zone.
5537  */
5538
5539 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5540 {
5541         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5542         int node, load, nr_nodes = 0;
5543         nodemask_t used_mask;
5544         int local_node, prev_node;
5545
5546         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5547         local_node = pgdat->node_id;
5548         load = nr_online_nodes;
5549         prev_node = local_node;
5550         nodes_clear(used_mask);
5551
5552         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5553         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5554                 /*
5555                  * We don't want to pressure a particular node.
5556                  * So adding penalty to the first node in same
5557                  * distance group to make it round-robin.
5558                  */
5559                 if (node_distance(local_node, node) !=
5560                     node_distance(local_node, prev_node))
5561                         node_load[node] = load;
5562
5563                 node_order[nr_nodes++] = node;
5564                 prev_node = node;
5565                 load--;
5566         }
5567
5568         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5569         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5570 }
5571
5572 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5573 /*
5574  * Return node id of node used for "local" allocations.
5575  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5576  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5577  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5578  */
5579 int local_memory_node(int node)
5580 {
5581         struct zoneref *z;
5582
5583         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5584                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5585                                    NULL);
5586         return zone_to_nid(z->zone);
5587 }
5588 #endif
5589
5590 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5591 static void setup_min_slab_ratio(void);
5592 #else   /* CONFIG_NUMA */
5593
5594 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5595 {
5596         int node, local_node;
5597         struct zoneref *zonerefs;
5598         int nr_zones;
5599
5600         local_node = pgdat->node_id;
5601
5602         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5603         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5604         zonerefs += nr_zones;
5605
5606         /*
5607          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5608          * of all the other nodes.
5609          * We don't want to pressure a particular node, so when
5610          * building the zones for node N, we make sure that the
5611          * zones coming right after the local ones are those from
5612          * node N+1 (modulo N)
5613          */
5614         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5615                 if (!node_online(node))
5616                         continue;
5617                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5618                 zonerefs += nr_zones;
5619         }
5620         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5621                 if (!node_online(node))
5622                         continue;
5623                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5624                 zonerefs += nr_zones;
5625         }
5626
5627         zonerefs->zone = NULL;
5628         zonerefs->zone_idx = 0;
5629 }
5630
5631 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5632
5633 /*
5634  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5635  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5636  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5637  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5638  * with interrupts disabled.
5639  *
5640  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5641  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5642  * hotplugged processors.
5643  *
5644  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5645  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5646  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5647  */
5648 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5649 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5650 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5651
5652 static void __build_all_zonelists(void *data)
5653 {
5654         int nid;
5655         int __maybe_unused cpu;
5656         pg_data_t *self = data;
5657         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5658
5659         spin_lock(&lock);
5660
5661 #ifdef CONFIG_NUMA
5662         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5663 #endif
5664
5665         /*
5666          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5667          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5668          */
5669         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5670                 build_zonelists(self);
5671         } else {
5672                 for_each_online_node(nid) {
5673                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5674
5675                         build_zonelists(pgdat);
5676                 }
5677
5678 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5679                 /*
5680                  * We now know the "local memory node" for each node--
5681                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5682                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5683                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5684                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5685                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5686                  */
5687                 for_each_online_cpu(cpu)
5688                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5689 #endif
5690         }
5691
5692         spin_unlock(&lock);
5693 }
5694
5695 static noinline void __init
5696 build_all_zonelists_init(void)
5697 {
5698         int cpu;
5699
5700         __build_all_zonelists(NULL);
5701
5702         /*
5703          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5704          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5705          * each zone will be allocated later when the per cpu
5706          * allocator is available.
5707          *
5708          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5709          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5710          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5711          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5712          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5713          * (a chicken-egg dilemma).
5714          */
5715         for_each_possible_cpu(cpu)
5716                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5717
5718         mminit_verify_zonelist();
5719         cpuset_init_current_mems_allowed();
5720 }
5721
5722 /*
5723  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5724  *
5725  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5726  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5727  */
5728 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5729 {
5730         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5731                 build_all_zonelists_init();
5732         } else {
5733                 __build_all_zonelists(pgdat);
5734                 /* cpuset refresh routine should be here */
5735         }
5736         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5737         /*
5738          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5739          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5740          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5741          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5742          * disabled and enable it later
5743          */
5744         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5745                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5746         else
5747                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5748
5749         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5750                 nr_online_nodes,
5751                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5752                 vm_total_pages);
5753 #ifdef CONFIG_NUMA
5754         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5755 #endif
5756 }
5757
5758 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5759 static bool __meminit
5760 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5761 {
5762 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5763         static struct memblock_region *r;
5764
5765         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5766                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5767                         for_each_memblock(memory, r) {
5768                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5769                                         break;
5770                         }
5771                 }
5772                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5773                     memblock_is_mirror(r)) {
5774                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5775                         return true;
5776                 }
5777         }
5778 #endif
5779         return false;
5780 }
5781
5782 /*
5783  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5784  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5785  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5786  */
5787 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5788                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5789                 struct vmem_altmap *altmap)
5790 {
5791         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5792         struct page *page;
5793
5794         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5795                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5796
5797 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5798         /*
5799          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5800          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5801          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5802          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5803          * the hotplug lock.
5804          */
5805         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5806                 if (!altmap)
5807                         return;
5808
5809                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5810                         start_pfn += altmap->reserve;
5811                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5812         }
5813 #endif
5814
5815         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5816                 /*
5817                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5818                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5819                  */
5820                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5821                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5822                                 continue;
5823                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5824                                 continue;
5825                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5826                                 continue;
5827                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5828                                 break;
5829                 }
5830
5831                 page = pfn_to_page(pfn);
5832                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5833                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5834                         __SetPageReserved(page);
5835
5836                 /*
5837                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5838                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5839                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5840                  * the address space during boot when many long-lived
5841                  * kernel allocations are made.
5842                  *
5843                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5844                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5845                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5846                  * pfn out of zone.
5847                  */
5848                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5849                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5850                         cond_resched();
5851                 }
5852         }
5853 }
5854
5855 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5856 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5857                                    unsigned long start_pfn,
5858                                    unsigned long size,
5859                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5860 {
5861         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5862         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5863         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5864         unsigned long start = jiffies;
5865         int nid = pgdat->node_id;
5866
5867         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5868                 return;
5869
5870         /*
5871          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5872          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5873          * the end of that region and start processing the device pages.
5874          */
5875         if (pgmap->altmap_valid) {
5876                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5877
5878                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5879                 size = end_pfn - start_pfn;
5880         }
5881
5882         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5883                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5884
5885                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5886
5887                 /*
5888                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5889                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5890                  *
5891                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5892                  * the flag as we are still initializing the pages.
5893                  */
5894                 __SetPageReserved(page);
5895
5896                 /*
5897                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5898                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5899                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5900                  */
5901                 page->pgmap = pgmap;
5902                 page->hmm_data = 0;
5903
5904                 /*
5905                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5906                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5907                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5908                  * the address space during boot when many long-lived
5909                  * kernel allocations are made.
5910                  *
5911                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5912                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5913                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5914                  * pfn out of zone.
5915                  *
5916                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5917                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5918                  */
5919                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5920                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5921                         cond_resched();
5922                 }
5923         }
5924
5925         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5926                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5927 }
5928
5929 #endif
5930 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5931 {
5932         unsigned int order, t;
5933         for_each_migratetype_order(order, t) {
5934                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5935                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5936         }
5937 }
5938
5939 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5940                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5941 {
5942         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5943 }
5944
5945 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5946 {
5947 #ifdef CONFIG_MMU
5948         int batch;
5949
5950         /*
5951          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5952          * size of the zone.
5953          */
5954         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5955         /* But no more than a meg. */
5956         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5957                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5958         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5959         if (batch < 1)
5960                 batch = 1;
5961
5962         /*
5963          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5964          * of 2 value was found to be more likely to have
5965          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5966          *
5967          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5968          * batches of pages, one task can end up with a lot
5969          * of pages of one half of the possible page colors
5970          * and the other with pages of the other colors.
5971          */
5972         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5973
5974         return batch;
5975
5976 #else
5977         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5978          * conditions.
5979          *
5980          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5981          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5982          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5983          *
5984          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5985          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5986          * can be a significant delay between the individual batches being
5987          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5988          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5989          */
5990         return 0;
5991 #endif
5992 }
5993
5994 /*
5995  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5996  * ->batch must never be higher then ->high.
5997  * The following function updates them in a safe manner without read side
5998  * locking.
5999  *
6000  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6001  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6002  *
6003  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6004  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6005  * exist).
6006  */
6007 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6008                 unsigned long batch)
6009 {
6010        /* start with a fail safe value for batch */
6011         pcp->batch = 1;
6012         smp_wmb();
6013
6014        /* Update high, then batch, in order */
6015         pcp->high = high;
6016         smp_wmb();
6017
6018         pcp->batch = batch;
6019 }
6020
6021 /* a companion to pageset_set_high() */
6022 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6023 {
6024         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6025 }
6026
6027 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6028 {
6029         struct per_cpu_pages *pcp;
6030         int migratetype;
6031
6032         memset(p, 0, sizeof(*p));
6033
6034         pcp = &p->pcp;
6035         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6036                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6037 }
6038
6039 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6040 {
6041         pageset_init(p);
6042         pageset_set_batch(p, batch);
6043 }
6044
6045 /*
6046  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6047  * to the value high for the pageset p.
6048  */
6049 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6050                                 unsigned long high)
6051 {
6052         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6053         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6054                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6055
6056         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6057 }
6058
6059 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6060                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6061 {
6062         if (percpu_pagelist_fraction)
6063                 pageset_set_high(pcp,
6064                         (zone_managed_pages(zone) /
6065                                 percpu_pagelist_fraction));
6066         else
6067                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6068 }
6069
6070 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6071 {
6072         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6073
6074         pageset_init(pcp);
6075         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6076 }
6077
6078 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6079 {
6080         int cpu;
6081         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6082         for_each_possible_cpu(cpu)
6083                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6084 }
6085
6086 /*
6087  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6088  * Before this call only boot pagesets were available.
6089  */
6090 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6091 {
6092         struct pglist_data *pgdat;
6093         struct zone *zone;
6094
6095         for_each_populated_zone(zone)
6096                 setup_zone_pageset(zone);
6097
6098         for_each_online_pgdat(pgdat)
6099                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6100                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6101 }
6102
6103 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6104 {
6105         /*
6106          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6107          * relies on the ability of the linker to provide the
6108          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6109          */
6110         zone->pageset = &boot_pageset;
6111
6112         if (populated_zone(zone))
6113                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6114                         zone->name, zone->present_pages,
6115                                          zone_batchsize(zone));
6116 }
6117
6118 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6119                                         unsigned long zone_start_pfn,
6120                                         unsigned long size)
6121 {
6122         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6123         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6124
6125         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6126                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6127
6128         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6129
6130         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6131                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6132                         pgdat->node_id,
6133                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6134                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6135
6136         zone_init_free_lists(zone);
6137         zone->initialized = 1;
6138 }
6139
6140 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6141 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6142
6143 /*
6144  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6145  */
6146 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6147                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6148 {
6149         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6150         int nid;
6151
6152         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6153                 return state->last_nid;
6154
6155         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6156         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6157                 state->last_start = start_pfn;
6158                 state->last_end = end_pfn;
6159                 state->last_nid = nid;
6160         }
6161
6162         return nid;
6163 }
6164 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6165
6166 /**
6167  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6168  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6169  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6170  *
6171  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6172  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6173  * memblock_free_early_nid() manually.
6174  */
6175 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6176 {
6177         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6178         int i, this_nid;
6179
6180         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6181                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6182                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6183
6184                 if (start_pfn < end_pfn)
6185                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6186                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6187                                         this_nid);
6188         }
6189 }
6190
6191 /**
6192  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6193  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6194  *
6195  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6196  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6197  */
6198 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6199 {
6200         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6201         int i, this_nid;
6202
6203         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6204                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6205 }
6206
6207 /**
6208  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6209  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6210  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6211  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6212  *
6213  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6214  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6215  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6216  * PFNs will be 0.
6217  */
6218 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6219                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6220 {
6221         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6222         int i;
6223
6224         *start_pfn = -1UL;
6225         *end_pfn = 0;
6226
6227         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6228                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6229                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6230         }
6231
6232         if (*start_pfn == -1UL)
6233                 *start_pfn = 0;
6234 }
6235
6236 /*
6237  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6238  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6239  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6240  */
6241 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6242 {
6243         int zone_index;
6244         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6245                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6246                         continue;
6247
6248                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6249                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6250                         break;
6251         }
6252
6253         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6254         movable_zone = zone_index;
6255 }
6256
6257 /*
6258  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6259  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6260  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6261  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6262  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6263  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6264  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6265  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6266  */
6267 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6268                                         unsigned long zone_type,
6269                                         unsigned long node_start_pfn,
6270                                         unsigned long node_end_pfn,
6271                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6272                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6273 {
6274         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6275         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6276                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6277                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6278                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6279                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6280                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6281
6282                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6283                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6284                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6285                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6286                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6287
6288                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6289                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6290                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6291         }
6292 }
6293
6294 /*
6295  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6296  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6297  */
6298 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6299                                         unsigned long zone_type,
6300                                         unsigned long node_start_pfn,
6301                                         unsigned long node_end_pfn,
6302                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6303                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6304                                         unsigned long *ignored)
6305 {
6306         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6307         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6308         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6309         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6310                 return 0;
6311
6312         /* Get the start and end of the zone */
6313         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6314         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6315         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6316                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6317                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6318
6319         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6320         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6321                 return 0;
6322
6323         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6324         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6325         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6326
6327         /* Return the spanned pages */
6328         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6329 }
6330
6331 /*
6332  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6333  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6334  */
6335 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6336                                 unsigned long range_start_pfn,
6337                                 unsigned long range_end_pfn)
6338 {
6339         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6340         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6341         int i;
6342
6343         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6344                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6345                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6346                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6347         }
6348         return nr_absent;
6349 }
6350
6351 /**
6352  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6353  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6354  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6355  *
6356  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6357  */
6358 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6359                                                         unsigned long end_pfn)
6360 {
6361         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6362 }
6363
6364 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6365 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6366                                         unsigned long zone_type,
6367                                         unsigned long node_start_pfn,
6368                                         unsigned long node_end_pfn,
6369                                         unsigned long *ignored)
6370 {
6371         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6372         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6373         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6374         unsigned long nr_absent;
6375
6376         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6377         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6378                 return 0;
6379
6380         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6381         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6382
6383         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6384                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6385                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6386         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6387
6388         /*
6389          * ZONE_MOVABLE handling.
6390          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6391          * and vice versa.
6392          */
6393         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6394                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6395                 struct memblock_region *r;
6396
6397                 for_each_memblock(memory, r) {
6398                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6399                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6400                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6401                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6402
6403                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6404                             memblock_is_mirror(r))
6405                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6406
6407                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6408                             !memblock_is_mirror(r))
6409                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6410                 }
6411         }
6412
6413         return nr_absent;
6414 }
6415
6416 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6417 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6418                                         unsigned long zone_type,
6419                                         unsigned long node_start_pfn,
6420                                         unsigned long node_end_pfn,
6421                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6422                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6423                                         unsigned long *zones_size)
6424 {
6425         unsigned int zone;
6426
6427         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6428         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6429                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6430
6431         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6432
6433         return zones_size[zone_type];
6434 }
6435
6436 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6437                                                 unsigned long zone_type,
6438                                                 unsigned long node_start_pfn,
6439                                                 unsigned long node_end_pfn,
6440                                                 unsigned long *zholes_size)
6441 {
6442         if (!zholes_size)
6443                 return 0;
6444
6445         return zholes_size[zone_type];
6446 }
6447
6448 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6449
6450 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6451                                                 unsigned long node_start_pfn,
6452                                                 unsigned long node_end_pfn,
6453                                                 unsigned long *zones_size,
6454                                                 unsigned long *zholes_size)
6455 {
6456         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6457         enum zone_type i;
6458
6459         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6460                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6461                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6462                 unsigned long size, real_size;
6463
6464                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6465                                                   node_start_pfn,
6466                                                   node_end_pfn,
6467                                                   &zone_start_pfn,
6468                                                   &zone_end_pfn,
6469                                                   zones_size);
6470                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6471                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6472                                                   zholes_size);
6473                 if (size)
6474                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6475                 else
6476                         zone->zone_start_pfn = 0;
6477                 zone->spanned_pages = size;
6478                 zone->present_pages = real_size;
6479
6480                 totalpages += size;
6481                 realtotalpages += real_size;
6482         }
6483
6484         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6485         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6486         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6487                                                         realtotalpages);
6488 }
6489
6490 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6491 /*
6492  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6493  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6494  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6495  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6496  * bytes.
6497  */
6498 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6499 {
6500         unsigned long usemapsize;
6501
6502         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6503         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6504         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6505         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6506         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6507
6508         return usemapsize / 8;
6509 }
6510
6511 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6512                                 struct zone *zone,
6513                                 unsigned long zone_start_pfn,
6514                                 unsigned long zonesize)
6515 {
6516         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6517         zone->pageblock_flags = NULL;
6518         if (usemapsize) {
6519                 zone->pageblock_flags =
6520                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6521                                             pgdat->node_id);
6522                 if (!zone->pageblock_flags)
6523                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6524                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6525         }
6526 }
6527 #else
6528 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6529                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6530 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6531
6532 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6533
6534 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6535 void __init set_pageblock_order(void)
6536 {
6537         unsigned int order;
6538
6539         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6540         if (pageblock_order)
6541                 return;
6542
6543         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6544                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6545         else
6546                 order = MAX_ORDER - 1;
6547
6548         /*
6549          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6550          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6551          * powerpc.
6552          */
6553         pageblock_order = order;
6554 }
6555 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6556
6557 /*
6558  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6559  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6560  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6561  * the kernel config
6562  */
6563 void __init set_pageblock_order(void)
6564 {
6565 }
6566
6567 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6568
6569 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6570                                                 unsigned long present_pages)
6571 {
6572         unsigned long pages = spanned_pages;
6573
6574         /*
6575          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6576          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6577          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6578          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6579          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6580          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6581          */
6582         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6583             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6584                 pages = present_pages;
6585
6586         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6587 }
6588
6589 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6590 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6591 {
6592         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6593         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6594         pgdat->split_queue_len = 0;
6595 }
6596 #else
6597 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6598 #endif
6599
6600 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6601 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6602 {
6603         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6604 }
6605 #else
6606 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6607 #endif
6608
6609 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6610 {
6611         pgdat_resize_init(pgdat);
6612
6613         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6614         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6615
6616         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6617         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6618
6619         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6620         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6621         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6622 }
6623
6624 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6625                                                         unsigned long remaining_pages)
6626 {
6627         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6628         zone_set_nid(zone, nid);
6629         zone->name = zone_names[idx];
6630         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6631         spin_lock_init(&zone->lock);
6632         zone_seqlock_init(zone);
6633         zone_pcp_init(zone);
6634 }
6635
6636 /*
6637  * Set up the zone data structures
6638  * - init pgdat internals
6639  * - init all zones belonging to this node
6640  *
6641  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6642  */
6643 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6644 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6645 {
6646         enum zone_type z;
6647         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6648
6649         pgdat_init_internals(pgdat);
6650         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6651                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6652 }
6653 #endif
6654
6655 /*
6656  * Set up the zone data structures:
6657  *   - mark all pages reserved
6658  *   - mark all memory queues empty
6659  *   - clear the memory bitmaps
6660  *
6661  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6662  * NOTE: this function is only called during early init.
6663  */
6664 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6665 {
6666         enum zone_type j;
6667         int nid = pgdat->node_id;
6668
6669         pgdat_init_internals(pgdat);
6670         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6671
6672         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6673                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6674                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6675                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6676
6677                 size = zone->spanned_pages;
6678                 freesize = zone->present_pages;
6679
6680                 /*
6681                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6682                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6683                  * and per-cpu initialisations
6684                  */
6685                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6686                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6687                         if (freesize >= memmap_pages) {
6688                                 freesize -= memmap_pages;
6689                                 if (memmap_pages)
6690                                         printk(KERN_DEBUG
6691                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6692                                                zone_names[j], memmap_pages);
6693                         } else
6694                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6695                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6696                 }
6697
6698                 /* Account for reserved pages */
6699                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6700                         freesize -= dma_reserve;
6701                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6702                                         zone_names[0], dma_reserve);
6703                 }
6704
6705                 if (!is_highmem_idx(j))
6706                         nr_kernel_pages += freesize;
6707                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6708                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6709                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6710                 nr_all_pages += freesize;
6711
6712                 /*
6713                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6714                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6715                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6716                  */
6717                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6718
6719                 if (!size)
6720                         continue;
6721
6722                 set_pageblock_order();
6723                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6724                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6725                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6726         }
6727 }
6728
6729 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6730 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6731 {
6732         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6733         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6734
6735         /* Skip empty nodes */
6736         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6737                 return;
6738
6739         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6740         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6741         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6742         if (!pgdat->node_mem_map) {
6743                 unsigned long size, end;
6744                 struct page *map;
6745
6746                 /*
6747                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6748                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6749                  * for the buddy allocator to function correctly.
6750                  */
6751                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6752                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6753                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6754                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6755                                           pgdat->node_id);
6756                 if (!map)
6757                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6758                               size, pgdat->node_id);
6759                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6760         }
6761         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6762                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6763                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6764 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6765         /*
6766          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6767          */
6768         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6769                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6770 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6771                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6772                         mem_map -= offset;
6773 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6774         }
6775 #endif
6776 }
6777 #else
6778 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6779 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6780
6781 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6782 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6783 {
6784         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6785 }
6786 #else
6787 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6788 #endif
6789
6790 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6791                                    unsigned long node_start_pfn,
6792                                    unsigned long *zholes_size)
6793 {
6794         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6795         unsigned long start_pfn = 0;
6796         unsigned long end_pfn = 0;
6797
6798         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6799         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6800
6801         pgdat->node_id = nid;
6802         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6803         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6804 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6805         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6806         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6807                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6808                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6809 #else
6810         start_pfn = node_start_pfn;
6811 #endif
6812         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6813                                   zones_size, zholes_size);
6814
6815         alloc_node_mem_map(pgdat);
6816         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6817
6818         free_area_init_core(pgdat);
6819 }
6820
6821 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6822 /*
6823  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6824  * pages zeroed
6825  */
6826 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6827 {
6828         unsigned long pfn;
6829         u64 pgcnt = 0;
6830
6831         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6832                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6833                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6834                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6835                         continue;
6836                 }
6837                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6838                 pgcnt++;
6839         }
6840
6841         return pgcnt;
6842 }
6843
6844 /*
6845  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6846  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6847  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6848  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6849  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6850  *
6851  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6852  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6853  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6854  * layout is manually configured via memmap=.
6855  */
6856 void __init zero_resv_unavail(void)
6857 {
6858         phys_addr_t start, end;
6859         u64 i, pgcnt;
6860         phys_addr_t next = 0;
6861
6862         /*
6863          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6864          */
6865         pgcnt = 0;
6866         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6867                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6868                 if (next < start)
6869                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6870                 next = end;
6871         }
6872         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6873
6874         /*
6875          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6876          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6877          */
6878         if (pgcnt)
6879                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6880 }
6881 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6882
6883 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6884
6885 #if MAX_NUMNODES > 1
6886 /*
6887  * Figure out the number of possible node ids.
6888  */
6889 void __init setup_nr_node_ids(void)
6890 {
6891         unsigned int highest;
6892
6893         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6894         nr_node_ids = highest + 1;
6895 }
6896 #endif
6897
6898 /**
6899  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6900  *
6901  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6902  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6903  * all the nodes.
6904  *
6905  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6906  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6907  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6908  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6909  *
6910  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6911  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6912  * populated node map.
6913  *
6914  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6915  * requirement (single node).
6916  */
6917 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6918 {
6919         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6920         unsigned long start, end, mask;
6921         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6922         int i, nid;
6923
6924         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6925                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6926                         last_nid = nid;
6927                         last_end = end;
6928                         continue;
6929                 }
6930
6931                 /*
6932                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6933                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6934                  * too coarse to separate the current node from the last.
6935                  */
6936                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6937                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6938                         mask <<= 1;
6939
6940                 /* accumulate all internode masks */
6941                 accl_mask |= mask;
6942         }
6943
6944         /* convert mask to number of pages */
6945         return ~accl_mask + 1;
6946 }
6947
6948 /* Find the lowest pfn for a node */
6949 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6950 {
6951         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6952         unsigned long start_pfn;
6953         int i;
6954
6955         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6956                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6957
6958         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6959                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6960                 return 0;
6961         }
6962
6963         return min_pfn;
6964 }
6965
6966 /**
6967  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6968  *
6969  * Return: the minimum PFN based on information provided via
6970  * memblock_set_node().
6971  */
6972 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6973 {
6974         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6975 }
6976
6977 /*
6978  * early_calculate_totalpages()
6979  * Sum pages in active regions for movable zone.
6980  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6981  */
6982 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6983 {
6984         unsigned long totalpages = 0;
6985         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6986         int i, nid;
6987
6988         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6989                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6990
6991                 totalpages += pages;
6992                 if (pages)
6993                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6994         }
6995         return totalpages;
6996 }
6997
6998 /*
6999  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7000  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7001  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7002  * others
7003  */
7004 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7005 {
7006         int i, nid;
7007         unsigned long usable_startpfn;
7008         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7009         /* save the state before borrow the nodemask */
7010         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7011         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7012         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7013         struct memblock_region *r;
7014
7015         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7016         find_usable_zone_for_movable();
7017
7018         /*
7019          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7020          * options.
7021          */
7022         if (movable_node_is_enabled()) {
7023                 for_each_memblock(memory, r) {
7024                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7025                                 continue;
7026
7027                         nid = r->nid;
7028
7029                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7030                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7031                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7032                                 usable_startpfn;
7033                 }
7034
7035                 goto out2;
7036         }
7037
7038         /*
7039          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7040          */
7041         if (mirrored_kernelcore) {
7042                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7043
7044                 for_each_memblock(memory, r) {
7045                         if (memblock_is_mirror(r))
7046                                 continue;
7047
7048                         nid = r->nid;
7049
7050                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7051
7052                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7053                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7054                                 continue;
7055                         }
7056
7057                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7058                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7059                                 usable_startpfn;
7060                 }
7061
7062                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7063                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7064
7065                 goto out2;
7066         }
7067
7068         /*
7069          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7070          * amount of necessary memory.
7071          */
7072         if (required_kernelcore_percent)
7073                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7074                                        10000UL;
7075         if (required_movablecore_percent)
7076                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7077                                         10000UL;
7078
7079         /*
7080          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7081          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7082          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7083          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7084          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7085          * what movablecore would have allowed.
7086          */
7087         if (required_movablecore) {
7088                 unsigned long corepages;
7089
7090                 /*
7091                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7092                  * was requested by the user
7093                  */
7094                 required_movablecore =
7095                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7096                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7097                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7098
7099                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7100         }
7101
7102         /*
7103          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7104          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7105          */
7106         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7107                 goto out;
7108
7109         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7110         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7111
7112 restart:
7113         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7114         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7115         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7116                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7117
7118                 /*
7119                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7120                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7121                  * amount of memory for the kernel
7122                  */
7123                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7124                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7125
7126                 /*
7127                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7128                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7129                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7130                  */
7131                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7132
7133                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7134                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7135                         unsigned long size_pages;
7136
7137                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7138                         if (start_pfn >= end_pfn)
7139                                 continue;
7140
7141                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7142                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7143                                 unsigned long kernel_pages;
7144                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7145                                                                 - start_pfn;
7146
7147                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7148                                                         kernelcore_remaining);
7149                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7150                                                         required_kernelcore);
7151
7152                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7153                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7154
7155                                         /*
7156                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7157                                          * that if we have to rebalance
7158                                          * kernelcore across nodes, we will
7159                                          * not double account here
7160                                          */
7161                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7162                                         continue;
7163                                 }
7164                                 start_pfn = usable_startpfn;
7165                         }
7166
7167                         /*
7168                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7169                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7170                          * number of pages used as kernelcore
7171                          */
7172                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7173                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7174                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7175                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7176
7177                         /*
7178                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7179                          * break if the kernelcore for this node has been
7180                          * satisfied
7181                          */
7182                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7183                                                                 size_pages);
7184                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7185                         if (!kernelcore_remaining)
7186                                 break;
7187                 }
7188         }
7189
7190         /*
7191          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7192          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7193          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7194          * satisfied
7195          */
7196         usable_nodes--;
7197         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7198                 goto restart;
7199
7200 out2:
7201         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7202         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7203                 zone_movable_pfn[nid] =
7204                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7205
7206 out:
7207         /* restore the node_state */
7208         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7209 }
7210
7211 /* Any regular or high memory on that node ? */
7212 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7213 {
7214         enum zone_type zone_type;
7215
7216         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7217                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7218                 if (populated_zone(zone)) {
7219                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7220                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7221                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7222                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7223                         break;
7224                 }
7225         }
7226 }
7227
7228 /**
7229  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7230  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7231  *
7232  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7233  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7234  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7235  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7236  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7237  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7238  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7239  * at arch_max_dma_pfn.
7240  */
7241 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7242 {
7243         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7244         int i, nid;
7245
7246         /* Record where the zone boundaries are */
7247         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7248                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7249         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7250                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7251
7252         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7253
7254         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7255                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7256                         continue;
7257
7258                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7259                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7260                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7261
7262                 start_pfn = end_pfn;
7263         }
7264
7265         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7266         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7267         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7268
7269         /* Print out the zone ranges */
7270         pr_info("Zone ranges:\n");
7271         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7272                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7273                         continue;
7274                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7275                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7276                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7277                         pr_cont("empty\n");
7278                 else
7279                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7280                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7281                                         << PAGE_SHIFT,
7282                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7283                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7284         }
7285
7286         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7287         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7288         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7289                 if (zone_movable_pfn[i])
7290                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7291                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7292         }
7293
7294         /* Print out the early node map */
7295         pr_info("Early memory node ranges\n");
7296         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7297                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7298                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7299                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7300
7301         /* Initialise every node */
7302         mminit_verify_pageflags_layout();
7303         setup_nr_node_ids();
7304         zero_resv_unavail();
7305         for_each_online_node(nid) {
7306                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7307                 free_area_init_node(nid, NULL,
7308                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7309
7310                 /* Any memory on that node */
7311                 if (pgdat->node_present_pages)
7312                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7313                 check_for_memory(pgdat, nid);
7314         }
7315 }
7316
7317 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7318                                      unsigned long *percent)
7319 {
7320         unsigned long long coremem;
7321         char *endptr;
7322
7323         if (!p)
7324                 return -EINVAL;
7325
7326         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7327         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7328         if (*endptr == '%') {
7329                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7330                 WARN_ON(coremem > 100);
7331
7332                 *percent = coremem;
7333         } else {
7334                 coremem = memparse(p, &p);
7335                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7336                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7337
7338                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7339                 *percent = 0UL;
7340         }
7341         return 0;
7342 }
7343
7344 /*
7345  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7346  * cannot be reclaimed or migrated.
7347  */
7348 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7349 {
7350         /* parse kernelcore=mirror */
7351         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7352                 mirrored_kernelcore = true;
7353                 return 0;
7354         }
7355
7356         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7357                                   &required_kernelcore_percent);
7358 }
7359
7360 /*
7361  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7362  * can be reclaimed or migrated.
7363  */
7364 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7365 {
7366         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7367                                   &required_movablecore_percent);
7368 }
7369
7370 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7371 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7372
7373 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7374
7375 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7376 {
7377         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7378         totalram_pages_add(count);
7379 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7380         if (PageHighMem(page))
7381                 totalhigh_pages_add(count);
7382 #endif
7383 }
7384 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7385
7386 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7387 {
7388         void *pos;
7389         unsigned long pages = 0;
7390
7391         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7392         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7393         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7394                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7395                 void *direct_map_addr;
7396
7397                 /*
7398                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7399                  * because some architectures' virt_to_page()
7400                  * work with aliases.  Getting the direct map
7401                  * address ensures that we get a _writeable_
7402                  * alias for the memset().
7403                  */
7404                 direct_map_addr = page_address(page);
7405                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7406                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7407
7408                 free_reserved_page(page);
7409         }
7410
7411         if (pages && s)
7412                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7413                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7414
7415         return pages;
7416 }
7417
7418 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7419 void free_highmem_page(struct page *page)
7420 {
7421         __free_reserved_page(page);
7422         totalram_pages_inc();
7423         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7424         totalhigh_pages_inc();
7425 }
7426 #endif
7427
7428
7429 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7430 {
7431         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7432         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7433
7434         physpages = get_num_physpages();
7435         codesize = _etext - _stext;
7436         datasize = _edata - _sdata;
7437         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7438         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7439         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7440         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7441
7442         /*
7443          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7444          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7445          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7446          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7447          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7448          */
7449 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7450         do { \
7451                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7452                         size -= adj; \
7453         } while (0)
7454
7455         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7456                      _sinittext, init_code_size);
7457         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7458         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7459         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7460         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7461
7462 #undef  adj_init_size
7463
7464         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7465 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7466                 ", %luK highmem"
7467 #endif
7468                 "%s%s)\n",
7469                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7470                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7471                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7472                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7473                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7474                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7475 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7476                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7477 #endif
7478                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7479 }
7480
7481 /**
7482  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7483  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7484  *
7485  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7486  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7487  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7488  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7489  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7490  * smaller per-cpu batchsize.
7491  */
7492 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7493 {
7494         dma_reserve = new_dma_reserve;
7495 }
7496
7497 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7498 {
7499         zero_resv_unavail();
7500         free_area_init_node(0, zones_size,
7501                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7502 }
7503
7504 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7505 {
7506
7507         lru_add_drain_cpu(cpu);
7508         drain_pages(cpu);
7509
7510         /*
7511          * Spill the event counters of the dead processor
7512          * into the current processors event counters.
7513          * This artificially elevates the count of the current
7514          * processor.
7515          */
7516         vm_events_fold_cpu(cpu);
7517
7518         /*
7519          * Zero the differential counters of the dead processor
7520          * so that the vm statistics are consistent.
7521          *
7522          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7523          * race with what we are doing.
7524          */
7525         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7526         return 0;
7527 }
7528
7529 void __init page_alloc_init(void)
7530 {
7531         int ret;
7532
7533         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7534                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7535                                         page_alloc_cpu_dead);
7536         WARN_ON(ret < 0);
7537 }
7538
7539 /*
7540  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7541  *      or min_free_kbytes changes.
7542  */
7543 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7544 {
7545         struct pglist_data *pgdat;
7546         unsigned long reserve_pages = 0;
7547         enum zone_type i, j;
7548
7549         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7550
7551                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7552
7553                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7554                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7555                         long max = 0;
7556                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7557
7558                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7559                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7560                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7561                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7562                         }
7563
7564                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7565                         max += high_wmark_pages(zone);
7566
7567                         if (max > managed_pages)
7568                                 max = managed_pages;
7569
7570                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7571
7572                         reserve_pages += max;
7573                 }
7574         }
7575         totalreserve_pages = reserve_pages;
7576 }
7577
7578 /*
7579  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7580  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7581  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7582  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7583  */
7584 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7585 {
7586         struct pglist_data *pgdat;
7587         enum zone_type j, idx;
7588
7589         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7590                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7591                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7592                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7593
7594                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7595
7596                         idx = j;
7597                         while (idx) {
7598                                 struct zone *lower_zone;
7599
7600                                 idx--;
7601                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7602
7603                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7604                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7605                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7606                                 } else {
7607                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7608                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7609                                 }
7610                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7611                         }
7612                 }
7613         }
7614
7615         /* update totalreserve_pages */
7616         calculate_totalreserve_pages();
7617 }
7618
7619 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7620 {
7621         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7622         unsigned long lowmem_pages = 0;
7623         struct zone *zone;
7624         unsigned long flags;
7625
7626         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7627         for_each_zone(zone) {
7628                 if (!is_highmem(zone))
7629                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7630         }
7631
7632         for_each_zone(zone) {
7633                 u64 tmp;
7634
7635                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7636                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7637                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7638                 if (is_highmem(zone)) {
7639                         /*
7640                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7641                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7642                          * value here.
7643                          *
7644                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7645                          * deltas control async page reclaim, and so should
7646                          * not be capped for highmem.
7647                          */
7648                         unsigned long min_pages;
7649
7650                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7651                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7652                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7653                 } else {
7654                         /*
7655                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7656                          * proportionate to the zone's size.
7657                          */
7658                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7659                 }
7660
7661                 /*
7662                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7663                  * scale factor in proportion to available memory, but
7664                  * ensure a minimum size on small systems.
7665                  */
7666                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7667                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7668                                       watermark_scale_factor, 10000));
7669
7670                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7671                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7672                 zone->watermark_boost = 0;
7673
7674                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7675         }
7676
7677         /* update totalreserve_pages */
7678         calculate_totalreserve_pages();
7679 }
7680
7681 /**
7682  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7683  * or when memory is hot-{added|removed}
7684  *
7685  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7686  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7687  */
7688 void setup_per_zone_wmarks(void)
7689 {
7690         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7691
7692         spin_lock(&lock);
7693         __setup_per_zone_wmarks();
7694         spin_unlock(&lock);
7695 }
7696
7697 /*
7698  * Initialise min_free_kbytes.
7699  *
7700  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7701  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7702  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7703  *
7704  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7705  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7706  *
7707  * which yields
7708  *
7709  * 16MB:        512k
7710  * 32MB:        724k
7711  * 64MB:        1024k
7712  * 128MB:       1448k
7713  * 256MB:       2048k
7714  * 512MB:       2896k
7715  * 1024MB:      4096k
7716  * 2048MB:      5792k
7717  * 4096MB:      8192k
7718  * 8192MB:      11584k
7719  * 16384MB:     16384k
7720  */
7721 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7722 {
7723         unsigned long lowmem_kbytes;
7724         int new_min_free_kbytes;
7725
7726         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7727         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7728
7729         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7730                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7731                 if (min_free_kbytes < 128)
7732                         min_free_kbytes = 128;
7733                 if (min_free_kbytes > 65536)
7734                         min_free_kbytes = 65536;
7735         } else {
7736                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7737                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7738         }
7739         setup_per_zone_wmarks();
7740         refresh_zone_stat_thresholds();
7741         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7742
7743 #ifdef CONFIG_NUMA
7744         setup_min_unmapped_ratio();
7745         setup_min_slab_ratio();
7746 #endif
7747
7748         return 0;
7749 }
7750 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7751
7752 /*
7753  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7754  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7755  *      changes.
7756  */
7757 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7758         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7759 {
7760         int rc;
7761
7762         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7763         if (rc)
7764                 return rc;
7765
7766         if (write) {
7767                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7768                 setup_per_zone_wmarks();
7769         }
7770         return 0;
7771 }
7772
7773 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7774         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7775 {
7776         int rc;
7777
7778         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7779         if (rc)
7780                 return rc;
7781
7782         return 0;
7783 }
7784
7785 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7786         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7787 {
7788         int rc;
7789
7790         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7791         if (rc)
7792                 return rc;
7793
7794         if (write)
7795                 setup_per_zone_wmarks();
7796
7797         return 0;
7798 }
7799
7800 #ifdef CONFIG_NUMA
7801 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7802 {
7803         pg_data_t *pgdat;
7804         struct zone *zone;
7805
7806         for_each_online_pgdat(pgdat)
7807                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7808
7809         for_each_zone(zone)
7810                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7811                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7812 }
7813
7814
7815 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7816         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7817 {
7818         int rc;
7819
7820         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7821         if (rc)
7822                 return rc;
7823
7824         setup_min_unmapped_ratio();
7825
7826         return 0;
7827 }
7828
7829 static void setup_min_slab_ratio(void)
7830 {
7831         pg_data_t *pgdat;
7832         struct zone *zone;
7833
7834         for_each_online_pgdat(pgdat)
7835                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7836
7837         for_each_zone(zone)
7838                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7839                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7840 }
7841
7842 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7843         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7844 {
7845         int rc;
7846
7847         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7848         if (rc)
7849                 return rc;
7850
7851         setup_min_slab_ratio();
7852
7853         return 0;
7854 }
7855 #endif
7856
7857 /*
7858  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7859  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7860  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7861  *
7862  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7863  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7864  * if in function of the boot time zone sizes.
7865  */
7866 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7867         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7868 {
7869         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7870         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7871         return 0;
7872 }
7873
7874 /*
7875  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7876  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7877  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7878  */
7879 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7881 {
7882         struct zone *zone;
7883         int old_percpu_pagelist_fraction;
7884         int ret;
7885
7886         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7887         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7888
7889         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7890         if (!write || ret < 0)
7891                 goto out;
7892
7893         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7894         if (percpu_pagelist_fraction &&
7895             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7896                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7897                 ret = -EINVAL;
7898                 goto out;
7899         }
7900
7901         /* No change? */
7902         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7903                 goto out;
7904
7905         for_each_populated_zone(zone) {
7906                 unsigned int cpu;
7907
7908                 for_each_possible_cpu(cpu)
7909                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7910                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7911         }
7912 out:
7913         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7914         return ret;
7915 }
7916
7917 #ifdef CONFIG_NUMA
7918 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7919
7920 static int __init set_hashdist(char *str)
7921 {
7922         if (!str)
7923                 return 0;
7924         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7925         return 1;
7926 }
7927 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7928 #endif
7929
7930 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7931 /*
7932  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7933  * is not known to alloc_large_system_hash().
7934  */
7935 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7936 {
7937         return 0;
7938 }
7939 #endif
7940
7941 /*
7942  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7943  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7944  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7945  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7946  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7947  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7948  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7949  */
7950 #if __BITS_PER_LONG > 32
7951 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7952 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7953 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7954 #endif
7955
7956 /*
7957  * allocate a large system hash table from bootmem
7958  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7959  *   quantity of entries
7960  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7961  */
7962 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7963                                      unsigned long bucketsize,
7964                                      unsigned long numentries,
7965                                      int scale,
7966                                      int flags,
7967                                      unsigned int *_hash_shift,
7968                                      unsigned int *_hash_mask,
7969                                      unsigned long low_limit,
7970                                      unsigned long high_limit)
7971 {
7972         unsigned long long max = high_limit;
7973         unsigned long log2qty, size;
7974         void *table = NULL;
7975         gfp_t gfp_flags;
7976
7977         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7978         if (!numentries) {
7979                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7980                 numentries = nr_kernel_pages;
7981                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7982
7983                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7984                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7985                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7986
7987 #if __BITS_PER_LONG > 32
7988                 if (!high_limit) {
7989                         unsigned long adapt;
7990
7991                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7992                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7993                                 scale++;
7994                 }
7995 #endif
7996
7997                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7998                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7999                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8000                 else
8001                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8002
8003                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8004                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8005                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8006                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8007                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8008                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8009                                 BUG_ON(!numentries);
8010                         }
8011                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8012                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8013         }
8014         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8015
8016         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8017         if (max == 0) {
8018                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8019                 do_div(max, bucketsize);
8020         }
8021         max = min(max, 0x80000000ULL);
8022
8023         if (numentries < low_limit)
8024                 numentries = low_limit;
8025         if (numentries > max)
8026                 numentries = max;
8027
8028         log2qty = ilog2(numentries);
8029
8030         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8031         do {
8032                 size = bucketsize << log2qty;
8033                 if (flags & HASH_EARLY) {
8034                         if (flags & HASH_ZERO)
8035                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8036                         else
8037                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8038                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8039                 } else if (hashdist) {
8040                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8041                 } else {
8042                         /*
8043                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8044                          * some pages at the end of hash table which
8045                          * alloc_pages_exact() automatically does
8046                          */
8047                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
8048                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8049                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8050                         }
8051                 }
8052         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8053
8054         if (!table)
8055                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8056
8057         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
8058                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
8059
8060         if (_hash_shift)
8061                 *_hash_shift = log2qty;
8062         if (_hash_mask)
8063                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8064
8065         return table;
8066 }
8067
8068 /*
8069  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8070  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8071  *
8072  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8073  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8074  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8075  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8076  */
8077 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8078                          int migratetype, int flags)
8079 {
8080         unsigned long found;
8081         unsigned long iter = 0;
8082         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8083         const char *reason = "unmovable page";
8084
8085         /*
8086          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8087          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8088          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8089          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8090          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8091          */
8092
8093         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8094                 /*
8095                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8096                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8097                  * so consider them movable here.
8098                  */
8099                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8100                         return false;
8101
8102                 reason = "CMA page";
8103                 goto unmovable;
8104         }
8105
8106         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8107                 unsigned long check = pfn + iter;
8108
8109                 if (!pfn_valid_within(check))
8110                         continue;
8111
8112                 page = pfn_to_page(check);
8113
8114                 if (PageReserved(page))
8115                         goto unmovable;
8116
8117                 /*
8118                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8119                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8120                  * is movable.
8121                  */
8122                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8123                         continue;
8124
8125                 /*
8126                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8127                  * We need not scan over tail pages because we don't
8128                  * handle each tail page individually in migration.
8129                  */
8130                 if (PageHuge(page)) {
8131                         struct page *head = compound_head(page);
8132                         unsigned int skip_pages;
8133
8134                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8135                                 goto unmovable;
8136
8137                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8138                         iter += skip_pages - 1;
8139                         continue;
8140                 }
8141
8142                 /*
8143                  * We can't use page_count without pin a page
8144                  * because another CPU can free compound page.
8145                  * This check already skips compound tails of THP
8146                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8147                  */
8148                 if (!page_ref_count(page)) {
8149                         if (PageBuddy(page))
8150                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8151                         continue;
8152                 }
8153
8154                 /*
8155                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8156                  * page_count() is not 0.
8157                  */
8158                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8159                         continue;
8160
8161                 if (__PageMovable(page))
8162                         continue;
8163
8164                 if (!PageLRU(page))
8165                         found++;
8166                 /*
8167                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8168                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8169                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8170                  */
8171                 /*
8172                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8173                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8174                  *
8175                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8176                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8177                  * page at boot.
8178                  */
8179                 if (found > count)
8180                         goto unmovable;
8181         }
8182         return false;
8183 unmovable:
8184         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8185         if (flags & REPORT_FAILURE)
8186                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8187         return true;
8188 }
8189
8190 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8191 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8192 {
8193         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8194                              pageblock_nr_pages) - 1);
8195 }
8196
8197 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8198 {
8199         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8200                                 pageblock_nr_pages));
8201 }
8202
8203 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8204 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8205                                         unsigned long start, unsigned long end)
8206 {
8207         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8208         unsigned long nr_reclaimed;
8209         unsigned long pfn = start;
8210         unsigned int tries = 0;
8211         int ret = 0;
8212
8213         migrate_prep();
8214
8215         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8216                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8217                         ret = -EINTR;
8218                         break;
8219                 }
8220
8221                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8222                         cc->nr_migratepages = 0;
8223                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8224                         if (!pfn) {
8225                                 ret = -EINTR;
8226                                 break;
8227                         }
8228                         tries = 0;
8229                 } else if (++tries == 5) {
8230                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8231                         break;
8232                 }
8233
8234                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8235                                                         &cc->migratepages);
8236                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8237
8238                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8239                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8240         }
8241         if (ret < 0) {
8242                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8243                 return ret;
8244         }
8245         return 0;
8246 }
8247
8248 /**
8249  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8250  * @start:      start PFN to allocate
8251  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8252  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8253  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8254  *                      in range must have the same migratetype and it must
8255  *                      be either of the two.
8256  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8257  *
8258  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8259  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8260  *
8261  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8262  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8263  * be modified by others.
8264  *
8265  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8266  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8267  * need to be freed with free_contig_range().
8268  */
8269 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8270                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8271 {
8272         unsigned long outer_start, outer_end;
8273         unsigned int order;
8274         int ret = 0;
8275
8276         struct compact_control cc = {
8277                 .nr_migratepages = 0,
8278                 .order = -1,
8279                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8280                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8281                 .ignore_skip_hint = true,
8282                 .no_set_skip_hint = true,
8283                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8284         };
8285         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8286
8287         /*
8288          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8289          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8290          * have different sizes, and due to the way page allocator
8291          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8292          * that page allocator won't try to merge buddies from
8293          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8294          * other migration type.
8295          *
8296          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8297          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8298          * we are interested in).  This will put all the pages in
8299          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8300          *
8301          * When this is done, we take the pages in range from page
8302          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8303          * page allocator will never consider using them.
8304          *
8305          * This lets us mark the pageblocks back as
8306          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8307          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8308          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8309          */
8310
8311         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8312                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8313         if (ret < 0)
8314                 return ret;
8315
8316         /*
8317          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8318          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8319          * which will report the busy page.
8320          *
8321          * It is possible that busy pages could become available before
8322          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8323          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8324          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8325          */
8326         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8327         if (ret && ret != -EBUSY)
8328                 goto done;
8329         ret =0;
8330
8331         /*
8332          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8333          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8334          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8335          * What we are going to do is to allocate all pages from
8336          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8337          *
8338          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8339          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8340          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8341          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8342          * once this is done free the pages we are not interested in.
8343          *
8344          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8345          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8346          */
8347
8348         lru_add_drain_all();
8349
8350         order = 0;
8351         outer_start = start;
8352         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8353                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8354                         outer_start = start;
8355                         break;
8356                 }
8357                 outer_start &= ~0UL << order;
8358         }
8359
8360         if (outer_start != start) {
8361                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8362
8363                 /*
8364                  * outer_start page could be small order buddy page and
8365                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8366                  * in this case to report failed page properly
8367                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8368                  */
8369                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8370                         outer_start = start;
8371         }
8372
8373         /* Make sure the range is really isolated. */
8374         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8375                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8376                         __func__, outer_start, end);
8377                 ret = -EBUSY;
8378                 goto done;
8379         }
8380
8381         /* Grab isolated pages from freelists. */
8382         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8383         if (!outer_end) {
8384                 ret = -EBUSY;
8385                 goto done;
8386         }
8387
8388         /* Free head and tail (if any) */
8389         if (start != outer_start)
8390                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8391         if (end != outer_end)
8392                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8393
8394 done:
8395         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8396                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8397         return ret;
8398 }
8399 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8400
8401 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8402 {
8403         unsigned int count = 0;
8404
8405         for (; nr_pages--; pfn++) {
8406                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8407
8408                 count += page_count(page) != 1;
8409                 __free_page(page);
8410         }
8411         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8412 }
8413
8414 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8415 /*
8416  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8417  * page high values need to be recalulated.
8418  */
8419 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8420 {
8421         unsigned cpu;
8422         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8423         for_each_possible_cpu(cpu)
8424                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8425                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8426         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8427 }
8428 #endif
8429
8430 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8431 {
8432         unsigned long flags;
8433         int cpu;
8434         struct per_cpu_pageset *pset;
8435
8436         /* avoid races with drain_pages()  */
8437         local_irq_save(flags);
8438         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8439                 for_each_online_cpu(cpu) {
8440                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8441                         drain_zonestat(zone, pset);
8442                 }
8443                 free_percpu(zone->pageset);
8444                 zone->pageset = &boot_pageset;
8445         }
8446         local_irq_restore(flags);
8447 }
8448
8449 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8450 /*
8451  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8452  * before calling this.
8453  */
8454 unsigned long
8455 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8456 {
8457         struct page *page;
8458         struct zone *zone;
8459         unsigned int order, i;
8460         unsigned long pfn;
8461         unsigned long flags;
8462         unsigned long offlined_pages = 0;
8463
8464         /* find the first valid pfn */
8465         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8466                 if (pfn_valid(pfn))
8467                         break;
8468         if (pfn == end_pfn)
8469                 return offlined_pages;
8470
8471         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8472         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8473         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8474         pfn = start_pfn;
8475         while (pfn < end_pfn) {
8476                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8477                         pfn++;
8478                         continue;
8479                 }
8480                 page = pfn_to_page(pfn);
8481                 /*
8482                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8483                  * page_count() is not 0.
8484                  */
8485                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8486                         pfn++;
8487                         SetPageReserved(page);
8488                         offlined_pages++;
8489                         continue;
8490                 }
8491
8492                 BUG_ON(page_count(page));
8493                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8494                 order = page_order(page);
8495                 offlined_pages += 1 << order;
8496 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8497                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8498                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8499 #endif
8500                 list_del(&page->lru);
8501                 rmv_page_order(page);
8502                 zone->free_area[order].nr_free--;
8503                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8504                         SetPageReserved((page+i));
8505                 pfn += (1 << order);
8506         }
8507         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8508
8509         return offlined_pages;
8510 }
8511 #endif
8512
8513 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8514 {
8515         struct zone *zone = page_zone(page);
8516         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8517         unsigned long flags;
8518         unsigned int order;
8519
8520         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8521         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8522                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8523
8524                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8525                         break;
8526         }
8527         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8528
8529         return order < MAX_ORDER;
8530 }
8531
8532 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8533 /*
8534  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8535  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8536  * allocation.
8537  */
8538 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8539 {
8540         struct zone *zone = page_zone(page);
8541         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8542         unsigned long flags;
8543         unsigned int order;
8544         bool hwpoisoned = false;
8545
8546         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8547         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8548                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8549
8550                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8551                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8552                                 hwpoisoned = true;
8553                         break;
8554                 }
8555         }
8556         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8557
8558         return hwpoisoned;
8559 }
8560 #endif