Merge branch 'uaccess.readdir' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/viro/vfs
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77 #include "page_reporting.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692         if (hpage_pincount_available(page))
693                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
694 }
695
696 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
697 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
698
699 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
700                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
702 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
703 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
704
705 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
706
707 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
708 {
709         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
710 }
711 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
712
713 void init_debug_pagealloc(void)
714 {
715         if (!debug_pagealloc_enabled())
716                 return;
717
718         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
719
720         if (!debug_guardpage_minorder())
721                 return;
722
723         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
724 }
725
726 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
727 {
728         unsigned long res;
729
730         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
731                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
732                 return 0;
733         }
734         _debug_guardpage_minorder = res;
735         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
736         return 0;
737 }
738 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
739
740 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
741                                 unsigned int order, int migratetype)
742 {
743         if (!debug_guardpage_enabled())
744                 return false;
745
746         if (order >= debug_guardpage_minorder())
747                 return false;
748
749         __SetPageGuard(page);
750         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
751         set_page_private(page, order);
752         /* Guard pages are not available for any usage */
753         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
754
755         return true;
756 }
757
758 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
759                                 unsigned int order, int migratetype)
760 {
761         if (!debug_guardpage_enabled())
762                 return;
763
764         __ClearPageGuard(page);
765
766         set_page_private(page, 0);
767         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
768                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
769 }
770 #else
771 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
773 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
774                                 unsigned int order, int migratetype) {}
775 #endif
776
777 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
778 {
779         set_page_private(page, order);
780         __SetPageBuddy(page);
781 }
782
783 /*
784  * This function checks whether a page is free && is the buddy
785  * we can coalesce a page and its buddy if
786  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
787  * (b) the buddy is in the buddy system &&
788  * (c) a page and its buddy have the same order &&
789  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
790  *
791  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
792  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
793  *
794  * For recording page's order, we use page_private(page).
795  */
796 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
797                                                         unsigned int order)
798 {
799         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
800                 return false;
801
802         if (page_order(buddy) != order)
803                 return false;
804
805         /*
806          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
807          * zone/node ids for pages that could never merge.
808          */
809         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
810                 return false;
811
812         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
813
814         return true;
815 }
816
817 #ifdef CONFIG_COMPACTION
818 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
819 {
820         struct capture_control *capc = current->capture_control;
821
822         return capc &&
823                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
824                 !capc->page &&
825                 capc->cc->zone == zone &&
826                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
827 }
828
829 static inline bool
830 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
831                    int order, int migratetype)
832 {
833         if (!capc || order != capc->cc->order)
834                 return false;
835
836         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
837         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
838             is_migrate_isolate(migratetype))
839                 return false;
840
841         /*
842          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
843          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
844          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
845          * have trouble finding a high-order free page.
846          */
847         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
848                 return false;
849
850         capc->page = page;
851         return true;
852 }
853
854 #else
855 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
856 {
857         return NULL;
858 }
859
860 static inline bool
861 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
862                    int order, int migratetype)
863 {
864         return false;
865 }
866 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
867
868 /* Used for pages not on another list */
869 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
870                                     unsigned int order, int migratetype)
871 {
872         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
873
874         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
875         area->nr_free++;
876 }
877
878 /* Used for pages not on another list */
879 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
880                                          unsigned int order, int migratetype)
881 {
882         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
883
884         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
885         area->nr_free++;
886 }
887
888 /* Used for pages which are on another list */
889 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
890                                      unsigned int order, int migratetype)
891 {
892         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
893
894         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
895 }
896
897 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
898                                            unsigned int order)
899 {
900         /* clear reported state and update reported page count */
901         if (page_reported(page))
902                 __ClearPageReported(page);
903
904         list_del(&page->lru);
905         __ClearPageBuddy(page);
906         set_page_private(page, 0);
907         zone->free_area[order].nr_free--;
908 }
909
910 /*
911  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
912  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
913  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
914  * that is happening, add the free page to the tail of the list
915  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
916  * as a higher order page
917  */
918 static inline bool
919 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
920                    struct page *page, unsigned int order)
921 {
922         struct page *higher_page, *higher_buddy;
923         unsigned long combined_pfn;
924
925         if (order >= MAX_ORDER - 2)
926                 return false;
927
928         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
929                 return false;
930
931         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
932         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
933         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
934         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
935
936         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
937                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
938 }
939
940 /*
941  * Freeing function for a buddy system allocator.
942  *
943  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
944  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
945  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
946  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
947  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
948  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
949  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
950  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
951  * parts of the VM system.
952  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
953  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
954  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
955  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
956  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
957  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
958  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
959  * triggers coalescing into a block of larger size.
960  *
961  * -- nyc
962  */
963
964 static inline void __free_one_page(struct page *page,
965                 unsigned long pfn,
966                 struct zone *zone, unsigned int order,
967                 int migratetype, bool report)
968 {
969         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
970         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
971         unsigned long combined_pfn;
972         unsigned int max_order;
973         struct page *buddy;
974         bool to_tail;
975
976         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
977
978         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
979         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
980
981         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
982         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
983                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
984
985         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
986         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
987
988 continue_merging:
989         while (order < max_order - 1) {
990                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
991                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
992                                                                 migratetype);
993                         return;
994                 }
995                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
996                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
997
998                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
999                         goto done_merging;
1000                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1001                         goto done_merging;
1002                 /*
1003                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1004                  * merge with it and move up one order.
1005                  */
1006                 if (page_is_guard(buddy))
1007                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1008                 else
1009                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1010                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1011                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1012                 pfn = combined_pfn;
1013                 order++;
1014         }
1015         if (max_order < MAX_ORDER) {
1016                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1017                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1018                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1019                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1020                  *
1021                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1022                  * low-order merging.
1023                  */
1024                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1025                         int buddy_mt;
1026
1027                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1028                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1029                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1030
1031                         if (migratetype != buddy_mt
1032                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1033                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1034                                 goto done_merging;
1035                 }
1036                 max_order++;
1037                 goto continue_merging;
1038         }
1039
1040 done_merging:
1041         set_page_order(page, order);
1042
1043         if (is_shuffle_order(order))
1044                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1045         else
1046                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1047
1048         if (to_tail)
1049                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1050         else
1051                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1052
1053         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1054         if (report)
1055                 page_reporting_notify_free(order);
1056 }
1057
1058 /*
1059  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1060  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1061  * check if necessary.
1062  */
1063 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1064                                         unsigned long check_flags)
1065 {
1066         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1067                 return false;
1068
1069         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1070                         page_ref_count(page) |
1071 #ifdef CONFIG_MEMCG
1072                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1073 #endif
1074                         (page->flags & check_flags)))
1075                 return false;
1076
1077         return true;
1078 }
1079
1080 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1081 {
1082         const char *bad_reason;
1083         unsigned long bad_flags;
1084
1085         bad_reason = NULL;
1086         bad_flags = 0;
1087
1088         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1089                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1090         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1091                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1092         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1093                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1094         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1095                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1096                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1097         }
1098 #ifdef CONFIG_MEMCG
1099         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1100                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1101 #endif
1102         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1103 }
1104
1105 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1106 {
1107         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1108                 return 0;
1109
1110         /* Something has gone sideways, find it */
1111         free_pages_check_bad(page);
1112         return 1;
1113 }
1114
1115 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1116 {
1117         int ret = 1;
1118
1119         /*
1120          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1121          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1122          */
1123         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1124
1125         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1126                 ret = 0;
1127                 goto out;
1128         }
1129         switch (page - head_page) {
1130         case 1:
1131                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1132                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1133                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1134                         goto out;
1135                 }
1136                 break;
1137         case 2:
1138                 /*
1139                  * the second tail page: ->mapping is
1140                  * deferred_list.next -- ignore value.
1141                  */
1142                 break;
1143         default:
1144                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1145                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1146                         goto out;
1147                 }
1148                 break;
1149         }
1150         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1151                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1152                 goto out;
1153         }
1154         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1155                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1156                 goto out;
1157         }
1158         ret = 0;
1159 out:
1160         page->mapping = NULL;
1161         clear_compound_head(page);
1162         return ret;
1163 }
1164
1165 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1166 {
1167         int i;
1168
1169         for (i = 0; i < numpages; i++)
1170                 clear_highpage(page + i);
1171 }
1172
1173 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1174                                         unsigned int order, bool check_free)
1175 {
1176         int bad = 0;
1177
1178         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1179
1180         trace_mm_page_free(page, order);
1181
1182         /*
1183          * Check tail pages before head page information is cleared to
1184          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1185          */
1186         if (unlikely(order)) {
1187                 bool compound = PageCompound(page);
1188                 int i;
1189
1190                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1191
1192                 if (compound)
1193                         ClearPageDoubleMap(page);
1194                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1195                         if (compound)
1196                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1197                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1198                                 bad++;
1199                                 continue;
1200                         }
1201                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1202                 }
1203         }
1204         if (PageMappingFlags(page))
1205                 page->mapping = NULL;
1206         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1207                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1208         if (check_free)
1209                 bad += free_pages_check(page);
1210         if (bad)
1211                 return false;
1212
1213         page_cpupid_reset_last(page);
1214         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1215         reset_page_owner(page, order);
1216
1217         if (!PageHighMem(page)) {
1218                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1221                                            PAGE_SIZE << order);
1222         }
1223         if (want_init_on_free())
1224                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1225
1226         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1227         /*
1228          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1229          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1230          * happen after this.
1231          */
1232         arch_free_page(page, order);
1233
1234         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1235                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1236
1237         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1238
1239         return true;
1240 }
1241
1242 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1243 /*
1244  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1245  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1246  * moved from pcp lists to free lists.
1247  */
1248 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1249 {
1250         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1251 }
1252
1253 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1254 {
1255         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1256                 return free_pages_check(page);
1257         else
1258                 return false;
1259 }
1260 #else
1261 /*
1262  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1263  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1264  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1265  * to the pcp lists.
1266  */
1267 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1268 {
1269         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1271         else
1272                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1273 }
1274
1275 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1276 {
1277         return free_pages_check(page);
1278 }
1279 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1280
1281 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1282 {
1283         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1284         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1285         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1286
1287         prefetch(buddy);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Frees a number of pages from the PCP lists
1292  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1293  * count is the number of pages to free.
1294  *
1295  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1296  * see if this freeing clears that state.
1297  *
1298  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1299  * pinned" detection logic.
1300  */
1301 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1302                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1303 {
1304         int migratetype = 0;
1305         int batch_free = 0;
1306         int prefetch_nr = 0;
1307         bool isolated_pageblocks;
1308         struct page *page, *tmp;
1309         LIST_HEAD(head);
1310
1311         while (count) {
1312                 struct list_head *list;
1313
1314                 /*
1315                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1316                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1317                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1318                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1319                  * lists
1320                  */
1321                 do {
1322                         batch_free++;
1323                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1324                                 migratetype = 0;
1325                         list = &pcp->lists[migratetype];
1326                 } while (list_empty(list));
1327
1328                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1329                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1330                         batch_free = count;
1331
1332                 do {
1333                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1334                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1335                         list_del(&page->lru);
1336                         pcp->count--;
1337
1338                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1339                                 continue;
1340
1341                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1342
1343                         /*
1344                          * We are going to put the page back to the global
1345                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1346                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1347                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1348                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1349                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1350                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1351                          */
1352                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1353                                 prefetch_buddy(page);
1354                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1355         }
1356
1357         spin_lock(&zone->lock);
1358         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1359
1360         /*
1361          * Use safe version since after __free_one_page(),
1362          * page->lru.next will not point to original list.
1363          */
1364         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1365                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1366                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1367                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1368                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1369                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1370                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1371
1372                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1373                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1374         }
1375         spin_unlock(&zone->lock);
1376 }
1377
1378 static void free_one_page(struct zone *zone,
1379                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1380                                 unsigned int order,
1381                                 int migratetype)
1382 {
1383         spin_lock(&zone->lock);
1384         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1385                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1386                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1387         }
1388         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1389         spin_unlock(&zone->lock);
1390 }
1391
1392 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1393                                 unsigned long zone, int nid)
1394 {
1395         mm_zero_struct_page(page);
1396         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1397         init_page_count(page);
1398         page_mapcount_reset(page);
1399         page_cpupid_reset_last(page);
1400         page_kasan_tag_reset(page);
1401
1402         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1404         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1405         if (!is_highmem_idx(zone))
1406                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1407 #endif
1408 }
1409
1410 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1411 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1412 {
1413         pg_data_t *pgdat;
1414         int nid, zid;
1415
1416         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1417                 return;
1418
1419         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1420         pgdat = NODE_DATA(nid);
1421
1422         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1423                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1424
1425                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1426                         break;
1427         }
1428         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1429 }
1430 #else
1431 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1432 {
1433 }
1434 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1435
1436 /*
1437  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1438  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1439  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1440  * sent to the buddy page allocator.
1441  */
1442 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1443 {
1444         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1445         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1446
1447         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1448                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1449                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1450
1451                         init_reserved_page(start_pfn);
1452
1453                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1454                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1455
1456                         /*
1457                          * no need for atomic set_bit because the struct
1458                          * page is not visible yet so nobody should
1459                          * access it yet.
1460                          */
1461                         __SetPageReserved(page);
1462                 }
1463         }
1464 }
1465
1466 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         int migratetype;
1470         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1471
1472         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1473                 return;
1474
1475         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1476         local_irq_save(flags);
1477         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1478         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1479         local_irq_restore(flags);
1480 }
1481
1482 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1483 {
1484         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1485         struct page *p = page;
1486         unsigned int loop;
1487
1488         prefetchw(p);
1489         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1490                 prefetchw(p + 1);
1491                 __ClearPageReserved(p);
1492                 set_page_count(p, 0);
1493         }
1494         __ClearPageReserved(p);
1495         set_page_count(p, 0);
1496
1497         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1498         set_page_refcounted(page);
1499         __free_pages(page, order);
1500 }
1501
1502 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1503         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1504
1505 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1506
1507 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1508 {
1509         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1510         int nid;
1511
1512         spin_lock(&early_pfn_lock);
1513         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1514         if (nid < 0)
1515                 nid = first_online_node;
1516         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1517
1518         return nid;
1519 }
1520 #endif
1521
1522 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1523 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1524 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1525 {
1526         int nid;
1527
1528         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1529         if (nid >= 0 && nid != node)
1530                 return false;
1531         return true;
1532 }
1533
1534 #else
1535 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1536 {
1537         return true;
1538 }
1539 #endif
1540
1541
1542 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1543                                                         unsigned int order)
1544 {
1545         if (early_page_uninitialised(pfn))
1546                 return;
1547         __free_pages_core(page, order);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1552  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1553  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1554  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1555  * pageblocks.
1556  *
1557  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1558  *
1559  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1560  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1561  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1562  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1563  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1564  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1565  * page in a pageblock.
1566  */
1567 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1568                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1569 {
1570         struct page *start_page;
1571         struct page *end_page;
1572
1573         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1574         end_pfn--;
1575
1576         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1577                 return NULL;
1578
1579         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1580         if (!start_page)
1581                 return NULL;
1582
1583         if (page_zone(start_page) != zone)
1584                 return NULL;
1585
1586         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1587
1588         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1589         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1590                 return NULL;
1591
1592         return start_page;
1593 }
1594
1595 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1596 {
1597         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1598         unsigned long block_end_pfn;
1599
1600         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1601         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1602                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1603                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1604
1605                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1606
1607                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1608                                              block_end_pfn, zone))
1609                         return;
1610                 cond_resched();
1611         }
1612
1613         /* We confirm that there is no hole */
1614         zone->contiguous = true;
1615 }
1616
1617 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1618 {
1619         zone->contiguous = false;
1620 }
1621
1622 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1623 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1624                                        unsigned long nr_pages)
1625 {
1626         struct page *page;
1627         unsigned long i;
1628
1629         if (!nr_pages)
1630                 return;
1631
1632         page = pfn_to_page(pfn);
1633
1634         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1635         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1636             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1637                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1638                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1639                 return;
1640         }
1641
1642         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1643                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1644                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1645                 __free_pages_core(page, 0);
1646         }
1647 }
1648
1649 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1650 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1651 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1652
1653 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1654 {
1655         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1656                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1657 }
1658
1659 /*
1660  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1661  *
1662  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1663  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1664  * function is optimized out.
1665  *
1666  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1667  * of the head pfn.
1668  */
1669 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1670 {
1671         if (!pfn_valid_within(pfn))
1672                 return false;
1673         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1674                 return false;
1675         return true;
1676 }
1677
1678 /*
1679  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1680  * pageblock_nr_pages sizes.
1681  */
1682 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1683                                        unsigned long end_pfn)
1684 {
1685         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1686         unsigned long nr_free = 0;
1687
1688         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1689                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1690                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1691                         nr_free = 0;
1692                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1693                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1694                         nr_free = 1;
1695                         touch_nmi_watchdog();
1696                 } else {
1697                         nr_free++;
1698                 }
1699         }
1700         /* Free the last block of pages to allocator */
1701         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1702 }
1703
1704 /*
1705  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1706  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1707  * Return number of pages initialized.
1708  */
1709 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1710                                                  unsigned long pfn,
1711                                                  unsigned long end_pfn)
1712 {
1713         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1714         int nid = zone_to_nid(zone);
1715         unsigned long nr_pages = 0;
1716         int zid = zone_idx(zone);
1717         struct page *page = NULL;
1718
1719         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1720                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1721                         page = NULL;
1722                         continue;
1723                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1724                         page = pfn_to_page(pfn);
1725                         touch_nmi_watchdog();
1726                 } else {
1727                         page++;
1728                 }
1729                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1730                 nr_pages++;
1731         }
1732         return (nr_pages);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1737  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1738  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1739  * return false indicating there are no valid ranges left.
1740  */
1741 static bool __init
1742 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1743                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1744                                     unsigned long first_init_pfn)
1745 {
1746         u64 j;
1747
1748         /*
1749          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1750          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1751          * so we just need to flush them out of the system.
1752          */
1753         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1754                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1755                         continue;
1756                 if (*spfn < first_init_pfn)
1757                         *spfn = first_init_pfn;
1758                 *i = j;
1759                 return true;
1760         }
1761
1762         return false;
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1767  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1768  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1769  * page in __free_one_page()).
1770  *
1771  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1772  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1773  * any issues with the buddy page computation.
1774  */
1775 static unsigned long __init
1776 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1777                        unsigned long *end_pfn)
1778 {
1779         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1780         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1781         unsigned long nr_pages = 0;
1782         u64 j = *i;
1783
1784         /* First we loop through and initialize the page values */
1785         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1786                 unsigned long t;
1787
1788                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1789                         break;
1790
1791                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1792                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1793
1794                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1795                         *start_pfn = mo_pfn;
1796                         break;
1797                 }
1798         }
1799
1800         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1801         swap(j, *i);
1802
1803         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1804                 unsigned long t;
1805
1806                 if (mo_pfn <= spfn)
1807                         break;
1808
1809                 t = min(mo_pfn, epfn);
1810                 deferred_free_pages(spfn, t);
1811
1812                 if (mo_pfn <= epfn)
1813                         break;
1814         }
1815
1816         return nr_pages;
1817 }
1818
1819 /* Initialise remaining memory on a node */
1820 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1821 {
1822         pg_data_t *pgdat = data;
1823         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1824         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1825         unsigned long first_init_pfn, flags;
1826         unsigned long start = jiffies;
1827         struct zone *zone;
1828         int zid;
1829         u64 i;
1830
1831         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1832         if (!cpumask_empty(cpumask))
1833                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1834
1835         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1836         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1837         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1838                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1839                 pgdat_init_report_one_done();
1840                 return 0;
1841         }
1842
1843         /* Sanity check boundaries */
1844         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1845         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1846         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1847
1848         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1849         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1850                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1851                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1852                         break;
1853         }
1854
1855         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1856         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1857                                                  first_init_pfn))
1858                 goto zone_empty;
1859
1860         /*
1861          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1862          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1863          * allocator.
1864          */
1865         while (spfn < epfn)
1866                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1867 zone_empty:
1868         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1869
1870         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1871         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1872
1873         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1874                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1875
1876         pgdat_init_report_one_done();
1877         return 0;
1878 }
1879
1880 /*
1881  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1882  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1883  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1884  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1885  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1886  *
1887  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1888  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1889  * enough pages to satisfy the allocation.
1890  *
1891  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1892  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1893  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1894  */
1895 static noinline bool __init
1896 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1897 {
1898         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1899         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1900         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1901         unsigned long spfn, epfn, flags;
1902         unsigned long nr_pages = 0;
1903         u64 i;
1904
1905         /* Only the last zone may have deferred pages */
1906         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1907                 return false;
1908
1909         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1910
1911         /*
1912          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1913          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1914          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1915          * has this static branch.
1916          */
1917         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1918                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1919                 return true;
1920         }
1921
1922         /*
1923          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1924          * true, as there might be enough pages already.
1925          */
1926         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1927                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1928                 return true;
1929         }
1930
1931         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1932         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1933                                                  first_deferred_pfn)) {
1934                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1935                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1936                 /* Retry only once. */
1937                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1938         }
1939
1940         /*
1941          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1942          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1943          * allocator.
1944          */
1945         while (spfn < epfn) {
1946                 /* update our first deferred PFN for this section */
1947                 first_deferred_pfn = spfn;
1948
1949                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1950
1951                 /* We should only stop along section boundaries */
1952                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1953                         continue;
1954
1955                 /* If our quota has been met we can stop here */
1956                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1957                         break;
1958         }
1959
1960         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1961         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1962
1963         return nr_pages > 0;
1964 }
1965
1966 /*
1967  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1968  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1969  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1970  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1971  */
1972 static bool __ref
1973 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1974 {
1975         return deferred_grow_zone(zone, order);
1976 }
1977
1978 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1979
1980 void __init page_alloc_init_late(void)
1981 {
1982         struct zone *zone;
1983         int nid;
1984
1985 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1986
1987         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1988         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1989         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1990                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1991         }
1992
1993         /* Block until all are initialised */
1994         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1995
1996         /*
1997          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1998          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1999          * will be artificially small.
2000          */
2001         for_each_populated_zone(zone)
2002                 zone_pcp_update(zone);
2003
2004         /*
2005          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2006          * on-demand struct page initialization.
2007          */
2008         static_branch_disable(&deferred_pages);
2009
2010         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2011         files_maxfiles_init();
2012 #endif
2013
2014         /* Discard memblock private memory */
2015         memblock_discard();
2016
2017         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2018                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2019
2020         for_each_populated_zone(zone)
2021                 set_zone_contiguous(zone);
2022 }
2023
2024 #ifdef CONFIG_CMA
2025 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2026 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2027 {
2028         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2029         struct page *p = page;
2030
2031         do {
2032                 __ClearPageReserved(p);
2033                 set_page_count(p, 0);
2034         } while (++p, --i);
2035
2036         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2037
2038         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2039                 i = pageblock_nr_pages;
2040                 p = page;
2041                 do {
2042                         set_page_refcounted(p);
2043                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2044                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2045                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2046         } else {
2047                 set_page_refcounted(page);
2048                 __free_pages(page, pageblock_order);
2049         }
2050
2051         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2052 }
2053 #endif
2054
2055 /*
2056  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2057  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2058  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2059  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2060  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2061  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2062  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2063  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2064  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2065  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2066  *
2067  * -- nyc
2068  */
2069 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2070         int low, int high, int migratetype)
2071 {
2072         unsigned long size = 1 << high;
2073
2074         while (high > low) {
2075                 high--;
2076                 size >>= 1;
2077                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2078
2079                 /*
2080                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2081                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2082                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2083                  * pages will stay not present in virtual address space
2084                  */
2085                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2086                         continue;
2087
2088                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2089                 set_page_order(&page[size], high);
2090         }
2091 }
2092
2093 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2094 {
2095         const char *bad_reason = NULL;
2096         unsigned long bad_flags = 0;
2097
2098         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2099                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2100         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2101                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2102         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2103                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2104         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2105                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2106                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2107                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2108                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2109                 return;
2110         }
2111         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2112                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2113                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2114         }
2115 #ifdef CONFIG_MEMCG
2116         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2117                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2118 #endif
2119         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2120 }
2121
2122 /*
2123  * This page is about to be returned from the page allocator
2124  */
2125 static inline int check_new_page(struct page *page)
2126 {
2127         if (likely(page_expected_state(page,
2128                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2129                 return 0;
2130
2131         check_new_page_bad(page);
2132         return 1;
2133 }
2134
2135 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2136 {
2137         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2138                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2139 }
2140
2141 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2142 /*
2143  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2144  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2145  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2146  */
2147 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2148 {
2149         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2150                 return check_new_page(page);
2151         else
2152                 return false;
2153 }
2154
2155 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2156 {
2157         return check_new_page(page);
2158 }
2159 #else
2160 /*
2161  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2162  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2163  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2164  */
2165 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2166 {
2167         return check_new_page(page);
2168 }
2169 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2170 {
2171         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2172                 return check_new_page(page);
2173         else
2174                 return false;
2175 }
2176 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2177
2178 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2179 {
2180         int i;
2181         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2182                 struct page *p = page + i;
2183
2184                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2185                         return true;
2186         }
2187
2188         return false;
2189 }
2190
2191 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2192                                 gfp_t gfp_flags)
2193 {
2194         set_page_private(page, 0);
2195         set_page_refcounted(page);
2196
2197         arch_alloc_page(page, order);
2198         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2199                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2200         kasan_alloc_pages(page, order);
2201         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2202         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2203 }
2204
2205 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2206                                                         unsigned int alloc_flags)
2207 {
2208         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2209
2210         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2211                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2212
2213         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2214                 prep_compound_page(page, order);
2215
2216         /*
2217          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2218          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2219          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2220          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2221          */
2222         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2223                 set_page_pfmemalloc(page);
2224         else
2225                 clear_page_pfmemalloc(page);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2230  * the smallest available page from the freelists
2231  */
2232 static __always_inline
2233 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2234                                                 int migratetype)
2235 {
2236         unsigned int current_order;
2237         struct free_area *area;
2238         struct page *page;
2239
2240         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2241         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2242                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2243                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2244                 if (!page)
2245                         continue;
2246                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2247                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2248                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2249                 return page;
2250         }
2251
2252         return NULL;
2253 }
2254
2255
2256 /*
2257  * This array describes the order lists are fallen back to when
2258  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2259  */
2260 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2261         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2262         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2263         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2264 #ifdef CONFIG_CMA
2265         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2266 #endif
2267 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2268         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2269 #endif
2270 };
2271
2272 #ifdef CONFIG_CMA
2273 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2274                                         unsigned int order)
2275 {
2276         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2277 }
2278 #else
2279 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2280                                         unsigned int order) { return NULL; }
2281 #endif
2282
2283 /*
2284  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2285  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2286  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2287  */
2288 static int move_freepages(struct zone *zone,
2289                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2290                           int migratetype, int *num_movable)
2291 {
2292         struct page *page;
2293         unsigned int order;
2294         int pages_moved = 0;
2295
2296         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2297                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2298                         page++;
2299                         continue;
2300                 }
2301
2302                 if (!PageBuddy(page)) {
2303                         /*
2304                          * We assume that pages that could be isolated for
2305                          * migration are movable. But we don't actually try
2306                          * isolating, as that would be expensive.
2307                          */
2308                         if (num_movable &&
2309                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2310                                 (*num_movable)++;
2311
2312                         page++;
2313                         continue;
2314                 }
2315
2316                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2317                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2318                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2319
2320                 order = page_order(page);
2321                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2322                 page += 1 << order;
2323                 pages_moved += 1 << order;
2324         }
2325
2326         return pages_moved;
2327 }
2328
2329 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2330                                 int migratetype, int *num_movable)
2331 {
2332         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2333         struct page *start_page, *end_page;
2334
2335         if (num_movable)
2336                 *num_movable = 0;
2337
2338         start_pfn = page_to_pfn(page);
2339         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2340         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2341         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2342         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2343
2344         /* Do not cross zone boundaries */
2345         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2346                 start_page = page;
2347         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2348                 return 0;
2349
2350         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2351                                                                 num_movable);
2352 }
2353
2354 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2355                                         int start_order, int migratetype)
2356 {
2357         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2358
2359         while (nr_pageblocks--) {
2360                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2361                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2362         }
2363 }
2364
2365 /*
2366  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2367  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2368  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2369  *
2370  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2371  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2372  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2373  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2374  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2375  * pageblocks.
2376  */
2377 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2378 {
2379         /*
2380          * Leaving this order check is intended, although there is
2381          * relaxed order check in next check. The reason is that
2382          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2383          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2384          * so could be changed anytime.
2385          */
2386         if (order >= pageblock_order)
2387                 return true;
2388
2389         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2390                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2391                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2392                 page_group_by_mobility_disabled)
2393                 return true;
2394
2395         return false;
2396 }
2397
2398 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2399 {
2400         unsigned long max_boost;
2401
2402         if (!watermark_boost_factor)
2403                 return;
2404         /*
2405          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2406          * On small machines, including kdump capture kernels running
2407          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2408          * memory situation immediately.
2409          */
2410         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2411                 return;
2412
2413         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2414                         watermark_boost_factor, 10000);
2415
2416         /*
2417          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2418          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2419          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2420          * allocations that early means that reclaim is not going
2421          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2422          * boosted watermark resulting in a hang.
2423          */
2424         if (!max_boost)
2425                 return;
2426
2427         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2428
2429         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2430                 max_boost);
2431 }
2432
2433 /*
2434  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2435  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2436  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2437  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2438  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2439  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2440  */
2441 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2442                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2443 {
2444         unsigned int current_order = page_order(page);
2445         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2446         int old_block_type;
2447
2448         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2449
2450         /*
2451          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2452          * highatomic accounting.
2453          */
2454         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2455                 goto single_page;
2456
2457         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2458         if (current_order >= pageblock_order) {
2459                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2460                 goto single_page;
2461         }
2462
2463         /*
2464          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2465          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2466          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2467          */
2468         boost_watermark(zone);
2469         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2470                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2471
2472         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2473         if (!whole_block)
2474                 goto single_page;
2475
2476         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2477                                                 &movable_pages);
2478         /*
2479          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2480          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2481          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2482          */
2483         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2484                 alike_pages = movable_pages;
2485         } else {
2486                 /*
2487                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2488                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2489                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2490                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2491                  * exact migratetype of non-movable pages.
2492                  */
2493                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2494                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2495                                                 - (free_pages + movable_pages);
2496                 else
2497                         alike_pages = 0;
2498         }
2499
2500         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2501         if (!free_pages)
2502                 goto single_page;
2503
2504         /*
2505          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2506          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2507          */
2508         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2509                         page_group_by_mobility_disabled)
2510                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2511
2512         return;
2513
2514 single_page:
2515         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2516 }
2517
2518 /*
2519  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2520  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2521  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2522  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2523  */
2524 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2525                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2526 {
2527         int i;
2528         int fallback_mt;
2529
2530         if (area->nr_free == 0)
2531                 return -1;
2532
2533         *can_steal = false;
2534         for (i = 0;; i++) {
2535                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2536                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2537                         break;
2538
2539                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2540                         continue;
2541
2542                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2543                         *can_steal = true;
2544
2545                 if (!only_stealable)
2546                         return fallback_mt;
2547
2548                 if (*can_steal)
2549                         return fallback_mt;
2550         }
2551
2552         return -1;
2553 }
2554
2555 /*
2556  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2557  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2558  */
2559 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2560                                 unsigned int alloc_order)
2561 {
2562         int mt;
2563         unsigned long max_managed, flags;
2564
2565         /*
2566          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2567          * Check is race-prone but harmless.
2568          */
2569         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2570         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2571                 return;
2572
2573         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2574
2575         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2576         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2577                 goto out_unlock;
2578
2579         /* Yoink! */
2580         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2581         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2582             && !is_migrate_cma(mt)) {
2583                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2585                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2586         }
2587
2588 out_unlock:
2589         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2590 }
2591
2592 /*
2593  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2594  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2595  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2596  * to recover from than an OOM.
2597  *
2598  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2599  * pageblock is exhausted.
2600  */
2601 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2602                                                 bool force)
2603 {
2604         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2605         unsigned long flags;
2606         struct zoneref *z;
2607         struct zone *zone;
2608         struct page *page;
2609         int order;
2610         bool ret;
2611
2612         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2613                                                                 ac->nodemask) {
2614                 /*
2615                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2616                  * is really high.
2617                  */
2618                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2619                                         pageblock_nr_pages)
2620                         continue;
2621
2622                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2623                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2624                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2625
2626                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2627                         if (!page)
2628                                 continue;
2629
2630                         /*
2631                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2632                          * we can counter several free pages in a pageblock
2633                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2634                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2635                          * adjust the count once.
2636                          */
2637                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2638                                 /*
2639                                  * It should never happen but changes to
2640                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2641                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2642                                  * while unreserving so be safe and watch for
2643                                  * underflows.
2644                                  */
2645                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2646                                                 pageblock_nr_pages,
2647                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2648                         }
2649
2650                         /*
2651                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2652                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2653                          * is doing the work and needs the pages. More
2654                          * importantly, if the block was always converted to
2655                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2656                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2657                          * may increase.
2658                          */
2659                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2660                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2661                                                                         NULL);
2662                         if (ret) {
2663                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2664                                 return ret;
2665                         }
2666                 }
2667                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2668         }
2669
2670         return false;
2671 }
2672
2673 /*
2674  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2675  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2676  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2677  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2678  *
2679  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2680  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2681  * condition simpler.
2682  */
2683 static __always_inline bool
2684 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2685                                                 unsigned int alloc_flags)
2686 {
2687         struct free_area *area;
2688         int current_order;
2689         int min_order = order;
2690         struct page *page;
2691         int fallback_mt;
2692         bool can_steal;
2693
2694         /*
2695          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2696          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2697          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2698          */
2699         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2700                 min_order = pageblock_order;
2701
2702         /*
2703          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2704          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2705          * would be too costly to do exactly.
2706          */
2707         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2708                                 --current_order) {
2709                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2710                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2711                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2712                 if (fallback_mt == -1)
2713                         continue;
2714
2715                 /*
2716                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2717                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2718                  * steal and split the smallest available page instead of the
2719                  * largest available page, because even if the next movable
2720                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2721                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2722                  */
2723                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2724                                         && current_order > order)
2725                         goto find_smallest;
2726
2727                 goto do_steal;
2728         }
2729
2730         return false;
2731
2732 find_smallest:
2733         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2734                                                         current_order++) {
2735                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2736                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2737                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2738                 if (fallback_mt != -1)
2739                         break;
2740         }
2741
2742         /*
2743          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2744          * when looking for the largest page.
2745          */
2746         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2747
2748 do_steal:
2749         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2750
2751         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2752                                                                 can_steal);
2753
2754         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2755                 start_migratetype, fallback_mt);
2756
2757         return true;
2758
2759 }
2760
2761 /*
2762  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2763  * Call me with the zone->lock already held.
2764  */
2765 static __always_inline struct page *
2766 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2767                                                 unsigned int alloc_flags)
2768 {
2769         struct page *page;
2770
2771 retry:
2772         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2773         if (unlikely(!page)) {
2774                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2775                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2776
2777                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2778                                                                 alloc_flags))
2779                         goto retry;
2780         }
2781
2782         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2783         return page;
2784 }
2785
2786 /*
2787  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2788  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2789  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2790  */
2791 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2792                         unsigned long count, struct list_head *list,
2793                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2794 {
2795         int i, alloced = 0;
2796
2797         spin_lock(&zone->lock);
2798         for (i = 0; i < count; ++i) {
2799                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2800                                                                 alloc_flags);
2801                 if (unlikely(page == NULL))
2802                         break;
2803
2804                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2805                         continue;
2806
2807                 /*
2808                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2809                  * physical page order. The page is added to the tail of
2810                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2811                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2812                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2813                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2814                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2815                  * pages are ordered properly.
2816                  */
2817                 list_add_tail(&page->lru, list);
2818                 alloced++;
2819                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2820                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2821                                               -(1 << order));
2822         }
2823
2824         /*
2825          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2826          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2827          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2828          * pages added to the pcp list.
2829          */
2830         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2831         spin_unlock(&zone->lock);
2832         return alloced;
2833 }
2834
2835 #ifdef CONFIG_NUMA
2836 /*
2837  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2838  * currently executing processor on remote nodes after they have
2839  * expired.
2840  *
2841  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2842  * a single processor.
2843  */
2844 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2845 {
2846         unsigned long flags;
2847         int to_drain, batch;
2848
2849         local_irq_save(flags);
2850         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2851         to_drain = min(pcp->count, batch);
2852         if (to_drain > 0)
2853                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2854         local_irq_restore(flags);
2855 }
2856 #endif
2857
2858 /*
2859  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2860  *
2861  * The processor must either be the current processor and the
2862  * thread pinned to the current processor or a processor that
2863  * is not online.
2864  */
2865 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2866 {
2867         unsigned long flags;
2868         struct per_cpu_pageset *pset;
2869         struct per_cpu_pages *pcp;
2870
2871         local_irq_save(flags);
2872         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2873
2874         pcp = &pset->pcp;
2875         if (pcp->count)
2876                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2877         local_irq_restore(flags);
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2882  *
2883  * The processor must either be the current processor and the
2884  * thread pinned to the current processor or a processor that
2885  * is not online.
2886  */
2887 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2888 {
2889         struct zone *zone;
2890
2891         for_each_populated_zone(zone) {
2892                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2893         }
2894 }
2895
2896 /*
2897  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2898  *
2899  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2900  * the single zone's pages.
2901  */
2902 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2903 {
2904         int cpu = smp_processor_id();
2905
2906         if (zone)
2907                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2908         else
2909                 drain_pages(cpu);
2910 }
2911
2912 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2913 {
2914         struct pcpu_drain *drain;
2915
2916         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2917
2918         /*
2919          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2920          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2921          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2922          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2923          * a different one.
2924          */
2925         preempt_disable();
2926         drain_local_pages(drain->zone);
2927         preempt_enable();
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2932  *
2933  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2934  *
2935  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2936  */
2937 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2938 {
2939         int cpu;
2940
2941         /*
2942          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2943          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2944          */
2945         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2946
2947         /*
2948          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2949          * initialized.
2950          */
2951         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2952                 return;
2953
2954         /*
2955          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2956          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2957          * the drain to be complete when the call returns.
2958          */
2959         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2960                 if (!zone)
2961                         return;
2962                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2963         }
2964
2965         /*
2966          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2967          * as offline notification will cause the notified
2968          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2969          * disables preemption as part of its processing
2970          */
2971         for_each_online_cpu(cpu) {
2972                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2973                 struct zone *z;
2974                 bool has_pcps = false;
2975
2976                 if (zone) {
2977                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2978                         if (pcp->pcp.count)
2979                                 has_pcps = true;
2980                 } else {
2981                         for_each_populated_zone(z) {
2982                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2983                                 if (pcp->pcp.count) {
2984                                         has_pcps = true;
2985                                         break;
2986                                 }
2987                         }
2988                 }
2989
2990                 if (has_pcps)
2991                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2992                 else
2993                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2994         }
2995
2996         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2997                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2998
2999                 drain->zone = zone;
3000                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3001                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3002         }
3003         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3004                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3005
3006         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3007 }
3008
3009 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3010
3011 /*
3012  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3013  */
3014 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3015
3016 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3017 {
3018         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3019         unsigned long flags;
3020         unsigned int order, t;
3021         struct page *page;
3022
3023         if (zone_is_empty(zone))
3024                 return;
3025
3026         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3027
3028         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3029         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3030                 if (pfn_valid(pfn)) {
3031                         page = pfn_to_page(pfn);
3032
3033                         if (!--page_count) {
3034                                 touch_nmi_watchdog();
3035                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3036                         }
3037
3038                         if (page_zone(page) != zone)
3039                                 continue;
3040
3041                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3042                                 swsusp_unset_page_free(page);
3043                 }
3044
3045         for_each_migratetype_order(order, t) {
3046                 list_for_each_entry(page,
3047                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3048                         unsigned long i;
3049
3050                         pfn = page_to_pfn(page);
3051                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3052                                 if (!--page_count) {
3053                                         touch_nmi_watchdog();
3054                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3055                                 }
3056                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3057                         }
3058                 }
3059         }
3060         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3061 }
3062 #endif /* CONFIG_PM */
3063
3064 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3065 {
3066         int migratetype;
3067
3068         if (!free_pcp_prepare(page))
3069                 return false;
3070
3071         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3072         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3073         return true;
3074 }
3075
3076 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3077 {
3078         struct zone *zone = page_zone(page);
3079         struct per_cpu_pages *pcp;
3080         int migratetype;
3081
3082         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3083         __count_vm_event(PGFREE);
3084
3085         /*
3086          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3087          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3088          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3089          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3090          * excessively into the page allocator
3091          */
3092         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3093                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3094                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3095                         return;
3096                 }
3097                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3098         }
3099
3100         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3101         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3102         pcp->count++;
3103         if (pcp->count >= pcp->high) {
3104                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3105                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3106         }
3107 }
3108
3109 /*
3110  * Free a 0-order page
3111  */
3112 void free_unref_page(struct page *page)
3113 {
3114         unsigned long flags;
3115         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3116
3117         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3118                 return;
3119
3120         local_irq_save(flags);
3121         free_unref_page_commit(page, pfn);
3122         local_irq_restore(flags);
3123 }
3124
3125 /*
3126  * Free a list of 0-order pages
3127  */
3128 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3129 {
3130         struct page *page, *next;
3131         unsigned long flags, pfn;
3132         int batch_count = 0;
3133
3134         /* Prepare pages for freeing */
3135         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3136                 pfn = page_to_pfn(page);
3137                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3138                         list_del(&page->lru);
3139                 set_page_private(page, pfn);
3140         }
3141
3142         local_irq_save(flags);
3143         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3144                 unsigned long pfn = page_private(page);
3145
3146                 set_page_private(page, 0);
3147                 trace_mm_page_free_batched(page);
3148                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3149
3150                 /*
3151                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3152                  * a large list of pages to free.
3153                  */
3154                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3155                         local_irq_restore(flags);
3156                         batch_count = 0;
3157                         local_irq_save(flags);
3158                 }
3159         }
3160         local_irq_restore(flags);
3161 }
3162
3163 /*
3164  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3165  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3166  * Each sub-page must be freed individually.
3167  *
3168  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3169  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3170  */
3171 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3172 {
3173         int i;
3174
3175         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3176         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3177
3178         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3179                 set_page_refcounted(page + i);
3180         split_page_owner(page, order);
3181 }
3182 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3183
3184 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3185 {
3186         unsigned long watermark;
3187         struct zone *zone;
3188         int mt;
3189
3190         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3191
3192         zone = page_zone(page);
3193         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3194
3195         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3196                 /*
3197                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3198                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3199                  * watermark, because we already know our high-order page
3200                  * exists.
3201                  */
3202                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3203                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3204                         return 0;
3205
3206                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3207         }
3208
3209         /* Remove page from free list */
3210
3211         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3212
3213         /*
3214          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3215          * pageblock
3216          */
3217         if (order >= pageblock_order - 1) {
3218                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3219                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3220                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3221                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3222                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3223                                 set_pageblock_migratetype(page,
3224                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3225                 }
3226         }
3227
3228
3229         return 1UL << order;
3230 }
3231
3232 /**
3233  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3234  * @page: Page that was isolated
3235  * @order: Order of the isolated page
3236  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3237  *
3238  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3239  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3240  */
3241 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3242 {
3243         struct zone *zone = page_zone(page);
3244
3245         /* zone lock should be held when this function is called */
3246         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3247
3248         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3249         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Update NUMA hit/miss statistics
3254  *
3255  * Must be called with interrupts disabled.
3256  */
3257 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3258 {
3259 #ifdef CONFIG_NUMA
3260         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3261
3262         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3263         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3264                 return;
3265
3266         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3267                 local_stat = NUMA_OTHER;
3268
3269         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3270                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3271         else {
3272                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3273                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3274         }
3275         __inc_numa_state(z, local_stat);
3276 #endif
3277 }
3278
3279 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3280 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3281                         unsigned int alloc_flags,
3282                         struct per_cpu_pages *pcp,
3283                         struct list_head *list)
3284 {
3285         struct page *page;
3286
3287         do {
3288                 if (list_empty(list)) {
3289                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3290                                         pcp->batch, list,
3291                                         migratetype, alloc_flags);
3292                         if (unlikely(list_empty(list)))
3293                                 return NULL;
3294                 }
3295
3296                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3297                 list_del(&page->lru);
3298                 pcp->count--;
3299         } while (check_new_pcp(page));
3300
3301         return page;
3302 }
3303
3304 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3305 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3306                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3307                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3308 {
3309         struct per_cpu_pages *pcp;
3310         struct list_head *list;
3311         struct page *page;
3312         unsigned long flags;
3313
3314         local_irq_save(flags);
3315         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3316         list = &pcp->lists[migratetype];
3317         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3318         if (page) {
3319                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3320                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3321         }
3322         local_irq_restore(flags);
3323         return page;
3324 }
3325
3326 /*
3327  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3328  */
3329 static inline
3330 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3331                         struct zone *zone, unsigned int order,
3332                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3333                         int migratetype)
3334 {
3335         unsigned long flags;
3336         struct page *page;
3337
3338         if (likely(order == 0)) {
3339                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3340                                         migratetype, alloc_flags);
3341                 goto out;
3342         }
3343
3344         /*
3345          * We most definitely don't want callers attempting to
3346          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3347          */
3348         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3349         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3350
3351         do {
3352                 page = NULL;
3353                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3354                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3355                         if (page)
3356                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3357                 }
3358                 if (!page)
3359                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3360         } while (page && check_new_pages(page, order));
3361         spin_unlock(&zone->lock);
3362         if (!page)
3363                 goto failed;
3364         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3365                                   get_pcppage_migratetype(page));
3366
3367         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3368         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3369         local_irq_restore(flags);
3370
3371 out:
3372         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3373         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3374                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3375                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3376         }
3377
3378         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3379         return page;
3380
3381 failed:
3382         local_irq_restore(flags);
3383         return NULL;
3384 }
3385
3386 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3387
3388 static struct {
3389         struct fault_attr attr;
3390
3391         bool ignore_gfp_highmem;
3392         bool ignore_gfp_reclaim;
3393         u32 min_order;
3394 } fail_page_alloc = {
3395         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3396         .ignore_gfp_reclaim = true,
3397         .ignore_gfp_highmem = true,
3398         .min_order = 1,
3399 };
3400
3401 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3402 {
3403         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3404 }
3405 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3406
3407 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3408 {
3409         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3410                 return false;
3411         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3412                 return false;
3413         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3414                 return false;
3415         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3416                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3417                 return false;
3418
3419         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3420 }
3421
3422 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3423
3424 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3425 {
3426         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3427         struct dentry *dir;
3428
3429         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3430                                         &fail_page_alloc.attr);
3431
3432         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3433                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3434         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3435                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3436         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3437
3438         return 0;
3439 }
3440
3441 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3442
3443 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3444
3445 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3446
3447 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3448 {
3449         return false;
3450 }
3451
3452 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3453
3454 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3455 {
3456         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3457 }
3458 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3459
3460 /*
3461  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3462  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3463  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3464  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3465  */
3466 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3467                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3468                          long free_pages)
3469 {
3470         long min = mark;
3471         int o;
3472         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3473
3474         /* free_pages may go negative - that's OK */
3475         free_pages -= (1 << order) - 1;
3476
3477         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3478                 min -= min / 2;
3479
3480         /*
3481          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3482          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3483          * atomic reserve but it avoids a search.
3484          */
3485         if (likely(!alloc_harder)) {
3486                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3487         } else {
3488                 /*
3489                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3490                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3491                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3492                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3493                  */
3494                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3495                         min -= min / 2;
3496                 else
3497                         min -= min / 4;
3498         }
3499
3500
3501 #ifdef CONFIG_CMA
3502         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3503         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3504                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3505 #endif
3506
3507         /*
3508          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3509          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3510          * even if a suitable page happened to be free.
3511          */
3512         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3513                 return false;
3514
3515         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3516         if (!order)
3517                 return true;
3518
3519         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3520         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3521                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3522                 int mt;
3523
3524                 if (!area->nr_free)
3525                         continue;
3526
3527                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3528                         if (!free_area_empty(area, mt))
3529                                 return true;
3530                 }
3531
3532 #ifdef CONFIG_CMA
3533                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3534                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3535                         return true;
3536                 }
3537 #endif
3538                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3539                         return true;
3540         }
3541         return false;
3542 }
3543
3544 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3545                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3546 {
3547         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3548                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3549 }
3550
3551 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3552                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3553 {
3554         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3555         long cma_pages = 0;
3556
3557 #ifdef CONFIG_CMA
3558         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3559         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3560                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3561 #endif
3562
3563         /*
3564          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3565          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3566          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3567          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3568          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3569          */
3570         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3571                 return true;
3572
3573         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3574                                         free_pages);
3575 }
3576
3577 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3578                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3579 {
3580         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3581
3582         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3583                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3584
3585         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3586                                                                 free_pages);
3587 }
3588
3589 #ifdef CONFIG_NUMA
3590 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3591 {
3592         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3593                                 node_reclaim_distance;
3594 }
3595 #else   /* CONFIG_NUMA */
3596 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3597 {
3598         return true;
3599 }
3600 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3601
3602 /*
3603  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3604  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3605  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3606  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3607  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3608  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3609  */
3610 static inline unsigned int
3611 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3612 {
3613         unsigned int alloc_flags;
3614
3615         /*
3616          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3617          * to save a branch.
3618          */
3619         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3620
3621 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3622         if (!zone)
3623                 return alloc_flags;
3624
3625         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3626                 return alloc_flags;
3627
3628         /*
3629          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3630          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3631          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3632          */
3633         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3634         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3635                 return alloc_flags;
3636
3637         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3638 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3639         return alloc_flags;
3640 }
3641
3642 /*
3643  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3644  * a page.
3645  */
3646 static struct page *
3647 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3648                                                 const struct alloc_context *ac)
3649 {
3650         struct zoneref *z;
3651         struct zone *zone;
3652         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3653         bool no_fallback;
3654
3655 retry:
3656         /*
3657          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3658          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3659          */
3660         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3661         z = ac->preferred_zoneref;
3662         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3663                                                                 ac->nodemask) {
3664                 struct page *page;
3665                 unsigned long mark;
3666
3667                 if (cpusets_enabled() &&
3668                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3669                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3670                                 continue;
3671                 /*
3672                  * When allocating a page cache page for writing, we
3673                  * want to get it from a node that is within its dirty
3674                  * limit, such that no single node holds more than its
3675                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3676                  * The dirty limits take into account the node's
3677                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3678                  * should be able to balance it without having to
3679                  * write pages from its LRU list.
3680                  *
3681                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3682                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3683                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3684                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3685                  * nodes are together not big enough to reach the
3686                  * global limit.  The proper fix for these situations
3687                  * will require awareness of nodes in the
3688                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3689                  */
3690                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3691                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3692                                 continue;
3693
3694                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3695                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3696                                 continue;
3697                         }
3698                 }
3699
3700                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3701                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3702                         int local_nid;
3703
3704                         /*
3705                          * If moving to a remote node, retry but allow
3706                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3707                          * than fragmentation avoidance.
3708                          */
3709                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3710                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3711                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3712                                 goto retry;
3713                         }
3714                 }
3715
3716                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3717                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3718                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3719                         int ret;
3720
3721 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3722                         /*
3723                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3724                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3725                          */
3726                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3727                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3728                                         goto try_this_zone;
3729                         }
3730 #endif
3731                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3732                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3733                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3734                                 goto try_this_zone;
3735
3736                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3737                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3738                                 continue;
3739
3740                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3741                         switch (ret) {
3742                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3743                                 /* did not scan */
3744                                 continue;
3745                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3746                                 /* scanned but unreclaimable */
3747                                 continue;
3748                         default:
3749                                 /* did we reclaim enough */
3750                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3751                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3752                                         goto try_this_zone;
3753
3754                                 continue;
3755                         }
3756                 }
3757
3758 try_this_zone:
3759                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3760                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3761                 if (page) {
3762                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3763
3764                         /*
3765                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3766                          * if the pageblock should be reserved for the future
3767                          */
3768                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3769                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3770
3771                         return page;
3772                 } else {
3773 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3774                         /* Try again if zone has deferred pages */
3775                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3776                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3777                                         goto try_this_zone;
3778                         }
3779 #endif
3780                 }
3781         }
3782
3783         /*
3784          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3785          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3786          */
3787         if (no_fallback) {
3788                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3789                 goto retry;
3790         }
3791
3792         return NULL;
3793 }
3794
3795 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3796 {
3797         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3798
3799         /*
3800          * This documents exceptions given to allocations in certain
3801          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3802          * of allowed nodes.
3803          */
3804         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3805                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3806                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3807                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3808         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3809                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3810
3811         show_mem(filter, nodemask);
3812 }
3813
3814 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3815 {
3816         struct va_format vaf;
3817         va_list args;
3818         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3819
3820         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3821                 return;
3822
3823         va_start(args, fmt);
3824         vaf.fmt = fmt;
3825         vaf.va = &args;
3826         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3827                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3828                         nodemask_pr_args(nodemask));
3829         va_end(args);
3830
3831         cpuset_print_current_mems_allowed();
3832         pr_cont("\n");
3833         dump_stack();
3834         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3835 }
3836
3837 static inline struct page *
3838 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3839                               unsigned int alloc_flags,
3840                               const struct alloc_context *ac)
3841 {
3842         struct page *page;
3843
3844         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3845                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3846         /*
3847          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3848          * are depleted
3849          */
3850         if (!page)
3851                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3852                                 alloc_flags, ac);
3853
3854         return page;
3855 }
3856
3857 static inline struct page *
3858 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3859         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3860 {
3861         struct oom_control oc = {
3862                 .zonelist = ac->zonelist,
3863                 .nodemask = ac->nodemask,
3864                 .memcg = NULL,
3865                 .gfp_mask = gfp_mask,
3866                 .order = order,
3867         };
3868         struct page *page;
3869
3870         *did_some_progress = 0;
3871
3872         /*
3873          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3874          * making progress for us.
3875          */
3876         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3877                 *did_some_progress = 1;
3878                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3879                 return NULL;
3880         }
3881
3882         /*
3883          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3884          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3885          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3886          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3887          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3888          */
3889         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3890                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3891                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3892         if (page)
3893                 goto out;
3894
3895         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3896         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3897                 goto out;
3898         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3899         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3900                 goto out;
3901         /*
3902          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3903          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3904          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3905          * fallback than shooting a random task.
3906          */
3907         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3908                 goto out;
3909         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3910         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3911                 goto out;
3912         if (pm_suspended_storage())
3913                 goto out;
3914         /*
3915          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3916          * other request to make a forward progress.
3917          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3918          * do much for this context but let's try it to at least get
3919          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3920          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3921          * failures more gracefully we should just bail out here.
3922          */
3923
3924         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3925         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3926                 goto out;
3927
3928         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3929         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3930                 *did_some_progress = 1;
3931
3932                 /*
3933                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3934                  * reserves
3935                  */
3936                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3937                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3938                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3939         }
3940 out:
3941         mutex_unlock(&oom_lock);
3942         return page;
3943 }
3944
3945 /*
3946  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3947  * killer is consider as the only way to move forward.
3948  */
3949 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3950
3951 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3952 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3953 static struct page *
3954 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3955                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3956                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3957 {
3958         struct page *page = NULL;
3959         unsigned long pflags;
3960         unsigned int noreclaim_flag;
3961
3962         if (!order)
3963                 return NULL;
3964
3965         psi_memstall_enter(&pflags);
3966         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3967
3968         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3969                                                                 prio, &page);
3970
3971         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3972         psi_memstall_leave(&pflags);
3973
3974         /*
3975          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3976          * count a compaction stall
3977          */
3978         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3979
3980         /* Prep a captured page if available */
3981         if (page)
3982                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3983
3984         /* Try get a page from the freelist if available */
3985         if (!page)
3986                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3987
3988         if (page) {
3989                 struct zone *zone = page_zone(page);
3990
3991                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3992                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3993                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3994                 return page;
3995         }
3996
3997         /*
3998          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3999          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4000          */
4001         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4002
4003         cond_resched();
4004
4005         return NULL;
4006 }
4007
4008 static inline bool
4009 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4010                      enum compact_result compact_result,
4011                      enum compact_priority *compact_priority,
4012                      int *compaction_retries)
4013 {
4014         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4015         int min_priority;
4016         bool ret = false;
4017         int retries = *compaction_retries;
4018         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4019
4020         if (!order)
4021                 return false;
4022
4023         if (compaction_made_progress(compact_result))
4024                 (*compaction_retries)++;
4025
4026         /*
4027          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4028          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4029          * failure could be caused by insufficient priority
4030          */
4031         if (compaction_failed(compact_result))
4032                 goto check_priority;
4033
4034         /*
4035          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4036          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4037          */
4038         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4039                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4040                 goto out;
4041         }
4042
4043         /*
4044          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4045          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4046          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4047          * we don't just keep bailing out endlessly.
4048          */
4049         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4050                 goto check_priority;
4051         }
4052
4053         /*
4054          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4055          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4056          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4057          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4058          * would need much more detailed feedback from compaction to
4059          * make a better decision.
4060          */
4061         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4062                 max_retries /= 4;
4063         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4064                 ret = true;
4065                 goto out;
4066         }
4067
4068         /*
4069          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4070          * all retries or failed at the lower priorities.
4071          */
4072 check_priority:
4073         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4074                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4075
4076         if (*compact_priority > min_priority) {
4077                 (*compact_priority)--;
4078                 *compaction_retries = 0;
4079                 ret = true;
4080         }
4081 out:
4082         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4083         return ret;
4084 }
4085 #else
4086 static inline struct page *
4087 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4088                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4089                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4090 {
4091         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4092         return NULL;
4093 }
4094
4095 static inline bool
4096 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4097                      enum compact_result compact_result,
4098                      enum compact_priority *compact_priority,
4099                      int *compaction_retries)
4100 {
4101         struct zone *zone;
4102         struct zoneref *z;
4103
4104         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4105                 return false;
4106
4107         /*
4108          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4109          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4110          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4111          * watermarks are OK.
4112          */
4113         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4114                                         ac->nodemask) {
4115                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4116                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4117                         return true;
4118         }
4119         return false;
4120 }
4121 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4122
4123 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4124 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4125         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4126
4127 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4128 {
4129         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4130
4131         /* no reclaim without waiting on it */
4132         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4133                 return false;
4134
4135         /* this guy won't enter reclaim */
4136         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4137                 return false;
4138
4139         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4140         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4141                 return false;
4142
4143         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4144                 return false;
4145
4146         return true;
4147 }
4148
4149 void __fs_reclaim_acquire(void)
4150 {
4151         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4152 }
4153
4154 void __fs_reclaim_release(void)
4155 {
4156         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4157 }
4158
4159 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4160 {
4161         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4162                 __fs_reclaim_acquire();
4163 }
4164 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4165
4166 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4167 {
4168         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4169                 __fs_reclaim_release();
4170 }
4171 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4172 #endif
4173
4174 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4175 static int
4176 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4177                                         const struct alloc_context *ac)
4178 {
4179         int progress;
4180         unsigned int noreclaim_flag;
4181         unsigned long pflags;
4182
4183         cond_resched();
4184
4185         /* We now go into synchronous reclaim */
4186         cpuset_memory_pressure_bump();
4187         psi_memstall_enter(&pflags);
4188         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4189         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4190
4191         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4192                                                                 ac->nodemask);
4193
4194         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4195         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4196         psi_memstall_leave(&pflags);
4197
4198         cond_resched();
4199
4200         return progress;
4201 }
4202
4203 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4204 static inline struct page *
4205 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4206                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4207                 unsigned long *did_some_progress)
4208 {
4209         struct page *page = NULL;
4210         bool drained = false;
4211
4212         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4213         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4214                 return NULL;
4215
4216 retry:
4217         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4218
4219         /*
4220          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4221          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4222          * Shrink them them and try again
4223          */
4224         if (!page && !drained) {
4225                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4226                 drain_all_pages(NULL);
4227                 drained = true;
4228                 goto retry;
4229         }
4230
4231         return page;
4232 }
4233
4234 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4235                              const struct alloc_context *ac)
4236 {
4237         struct zoneref *z;
4238         struct zone *zone;
4239         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4240         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4241
4242         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4243                                         ac->nodemask) {
4244                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4245                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4246                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4247         }
4248 }
4249
4250 static inline unsigned int
4251 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4252 {
4253         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4254
4255         /*
4256          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4257          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4258          * to save two branches.
4259          */
4260         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4261         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4262
4263         /*
4264          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4265          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4266          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4267          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4268          */
4269         alloc_flags |= (__force int)
4270                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4271
4272         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4273                 /*
4274                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4275                  * if it can't schedule.
4276                  */
4277                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4278                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4279                 /*
4280                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4281                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4282                  */
4283                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4284         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4285                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4286
4287 #ifdef CONFIG_CMA
4288         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4289                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4290 #endif
4291         return alloc_flags;
4292 }
4293
4294 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4295 {
4296         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4297                 return false;
4298
4299         /*
4300          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4301          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4302          */
4303         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4304                 return false;
4305
4306         return true;
4307 }
4308
4309 /*
4310  * Distinguish requests which really need access to full memory
4311  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4312  */
4313 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4314 {
4315         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4316                 return 0;
4317         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4318                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4319         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4320                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4321         if (!in_interrupt()) {
4322                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4323                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4324                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4325                         return ALLOC_OOM;
4326         }
4327
4328         return 0;
4329 }
4330
4331 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4332 {
4333         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4334 }
4335
4336 /*
4337  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4338  * for the given allocation request.
4339  *
4340  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4341  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4342  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4343  *
4344  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4345  */
4346 static inline bool
4347 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4348                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4349                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4350 {
4351         struct zone *zone;
4352         struct zoneref *z;
4353         bool ret = false;
4354
4355         /*
4356          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4357          * their order will become available due to high fragmentation so
4358          * always increment the no progress counter for them
4359          */
4360         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4361                 *no_progress_loops = 0;
4362         else
4363                 (*no_progress_loops)++;
4364
4365         /*
4366          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4367          * several times in the row.
4368          */
4369         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4370                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4371                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4372         }
4373
4374         /*
4375          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4376          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4377          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4378          * screwed and have to go OOM.
4379          */
4380         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4381                                         ac->nodemask) {
4382                 unsigned long available;
4383                 unsigned long reclaimable;
4384                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4385                 bool wmark;
4386
4387                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4388                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4389
4390                 /*
4391                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4392                  * reclaimable pages?
4393                  */
4394                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4395                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4396                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4397                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4398                 if (wmark) {
4399                         /*
4400                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4401                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4402                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4403                          * prevent from pre mature OOM
4404                          */
4405                         if (!did_some_progress) {
4406                                 unsigned long write_pending;
4407
4408                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4409                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4410
4411                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4412                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4413                                         return true;
4414                                 }
4415                         }
4416
4417                         ret = true;
4418                         goto out;
4419                 }
4420         }
4421
4422 out:
4423         /*
4424          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4425          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4426          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4427          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4428          * here rather than calling cond_resched().
4429          */
4430         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4431                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4432         else
4433                 cond_resched();
4434         return ret;
4435 }
4436
4437 static inline bool
4438 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4439 {
4440         /*
4441          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4442          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4443          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4444          * such a way the check therein was true, and then it became false
4445          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4446          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4447          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4448          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4449          * caller can deal with a violated nodemask.
4450          */
4451         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4452                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4453                 ac->nodemask = NULL;
4454                 return true;
4455         }
4456
4457         /*
4458          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4459          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4460          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4461          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4462          * retry.
4463          */
4464         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4465                 return true;
4466
4467         return false;
4468 }
4469
4470 static inline struct page *
4471 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4472                                                 struct alloc_context *ac)
4473 {
4474         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4475         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4476         struct page *page = NULL;
4477         unsigned int alloc_flags;
4478         unsigned long did_some_progress;
4479         enum compact_priority compact_priority;
4480         enum compact_result compact_result;
4481         int compaction_retries;
4482         int no_progress_loops;
4483         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4484         int reserve_flags;
4485
4486         /*
4487          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4488          * callers that are not in atomic context.
4489          */
4490         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4491                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4492                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4493
4494 retry_cpuset:
4495         compaction_retries = 0;
4496         no_progress_loops = 0;
4497         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4498         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4499
4500         /*
4501          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4502          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4503          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4504          */
4505         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4506
4507         /*
4508          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4509          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4510          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4511          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4512          */
4513         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4514                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4515         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4516                 goto nopage;
4517
4518         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4519                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4520
4521         /*
4522          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4523          * that first
4524          */
4525         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4526         if (page)
4527                 goto got_pg;
4528
4529         /*
4530          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4531          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4532          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4533          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4534          * same migratetype.
4535          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4536          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4537          */
4538         if (can_direct_reclaim &&
4539                         (costly_order ||
4540                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4541                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4542                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4543                                                 alloc_flags, ac,
4544                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4545                                                 &compact_result);
4546                 if (page)
4547                         goto got_pg;
4548
4549                 /*
4550                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4551                  * includes some THP page fault allocations
4552                  */
4553                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4554                         /*
4555                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4556                          * failed because all zones are below low watermarks
4557                          * or is prohibited because it recently failed at this
4558                          * order, fail immediately unless the allocator has
4559                          * requested compaction and reclaim retry.
4560                          *
4561                          * Reclaim is
4562                          *  - potentially very expensive because zones are far
4563                          *    below their low watermarks or this is part of very
4564                          *    bursty high order allocations,
4565                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4566                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4567                          *    linear scan, and
4568                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4569                          *    own.
4570                          */
4571                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4572                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4573                                 goto nopage;
4574
4575                         /*
4576                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4577                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4578                          * using async compaction.
4579                          */
4580                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4581                 }
4582         }
4583
4584 retry:
4585         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4586         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4587                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4588
4589         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4590         if (reserve_flags)
4591                 alloc_flags = reserve_flags;
4592
4593         /*
4594          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4595          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4596          * user oriented.
4597          */
4598         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4599                 ac->nodemask = NULL;
4600                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4601                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4602         }
4603
4604         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4605         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4606         if (page)
4607                 goto got_pg;
4608
4609         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4610         if (!can_direct_reclaim)
4611                 goto nopage;
4612
4613         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4614         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4615                 goto nopage;
4616
4617         /* Try direct reclaim and then allocating */
4618         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4619                                                         &did_some_progress);
4620         if (page)
4621                 goto got_pg;
4622
4623         /* Try direct compaction and then allocating */
4624         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4625                                         compact_priority, &compact_result);
4626         if (page)
4627                 goto got_pg;
4628
4629         /* Do not loop if specifically requested */
4630         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4631                 goto nopage;
4632
4633         /*
4634          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4635          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4636          */
4637         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4638                 goto nopage;
4639
4640         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4641                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4642                 goto retry;
4643
4644         /*
4645          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4646          * reclaim is not able to make any progress because the current
4647          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4648          * of free memory (see __compaction_suitable)
4649          */
4650         if (did_some_progress > 0 &&
4651                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4652                                 compact_result, &compact_priority,
4653                                 &compaction_retries))
4654                 goto retry;
4655
4656
4657         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4658         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4659                 goto retry_cpuset;
4660
4661         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4662         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4663         if (page)
4664                 goto got_pg;
4665
4666         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4667         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4668             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4669              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4670                 goto nopage;
4671
4672         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4673         if (did_some_progress) {
4674                 no_progress_loops = 0;
4675                 goto retry;
4676         }
4677
4678 nopage:
4679         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4680         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4681                 goto retry_cpuset;
4682
4683         /*
4684          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4685          * we always retry
4686          */
4687         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4688                 /*
4689                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4690                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4691                  */
4692                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4693                         goto fail;
4694
4695                 /*
4696                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4697                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4698                  * for somebody to do a work for us
4699                  */
4700                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4701
4702                 /*
4703                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4704                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4705                  * so that we can identify them and convert them to something
4706                  * else.
4707                  */
4708                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4709
4710                 /*
4711                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4712                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4713                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4714                  * the situation worse
4715                  */
4716                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4717                 if (page)
4718                         goto got_pg;
4719
4720                 cond_resched();
4721                 goto retry;
4722         }
4723 fail:
4724         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4725                         "page allocation failure: order:%u", order);
4726 got_pg:
4727         return page;
4728 }
4729
4730 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4731                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4732                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4733                 unsigned int *alloc_flags)
4734 {
4735         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4736         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4737         ac->nodemask = nodemask;
4738         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4739
4740         if (cpusets_enabled()) {
4741                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4742                 if (!ac->nodemask)
4743                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4744                 else
4745                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4746         }
4747
4748         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4749         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4750
4751         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4752
4753         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4754                 return false;
4755
4756         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4757                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4758
4759         return true;
4760 }
4761
4762 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4763 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4764 {
4765         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4766         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4767
4768         /*
4769          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4770          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4771          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4772          */
4773         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4774                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4775 }
4776
4777 /*
4778  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4779  */
4780 struct page *
4781 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4782                                                         nodemask_t *nodemask)
4783 {
4784         struct page *page;
4785         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4786         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4787         struct alloc_context ac = { };
4788
4789         /*
4790          * There are several places where we assume that the order value is sane
4791          * so bail out early if the request is out of bound.
4792          */
4793         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4794                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4795                 return NULL;
4796         }
4797
4798         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4799         alloc_mask = gfp_mask;
4800         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4801                 return NULL;
4802
4803         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4804
4805         /*
4806          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4807          * memory until all local zones are considered.
4808          */
4809         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4810
4811         /* First allocation attempt */
4812         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4813         if (likely(page))
4814                 goto out;
4815
4816         /*
4817          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4818          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4819          * from a particular context which has been marked by
4820          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4821          */
4822         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4823         ac.spread_dirty_pages = false;
4824
4825         /*
4826          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4827          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4828          */
4829         ac.nodemask = nodemask;
4830
4831         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4832
4833 out:
4834         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4835             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4836                 __free_pages(page, order);
4837                 page = NULL;
4838         }
4839
4840         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4841
4842         return page;
4843 }
4844 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4845
4846 /*
4847  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4848  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4849  * you need to access high mem.
4850  */
4851 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4852 {
4853         struct page *page;
4854
4855         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4856         if (!page)
4857                 return 0;
4858         return (unsigned long) page_address(page);
4859 }
4860 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4861
4862 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4863 {
4864         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4865 }
4866 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4867
4868 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4869 {
4870         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4871                 free_unref_page(page);
4872         else
4873                 __free_pages_ok(page, order);
4874 }
4875
4876 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4877 {
4878         if (put_page_testzero(page))
4879                 free_the_page(page, order);
4880 }
4881 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4882
4883 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4884 {
4885         if (addr != 0) {
4886                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4887                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4888         }
4889 }
4890
4891 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4892
4893 /*
4894  * Page Fragment:
4895  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4896  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4897  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4898  *
4899  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4900  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4901  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4902  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4903  */
4904 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4905                                              gfp_t gfp_mask)
4906 {
4907         struct page *page = NULL;
4908         gfp_t gfp = gfp_mask;
4909
4910 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4911         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4912                     __GFP_NOMEMALLOC;
4913         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4914                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4915         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4916 #endif
4917         if (unlikely(!page))
4918                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4919
4920         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4921
4922         return page;
4923 }
4924
4925 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4926 {
4927         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4928
4929         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4930                 free_the_page(page, compound_order(page));
4931 }
4932 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4933
4934 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4935                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4936 {
4937         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4938         struct page *page;
4939         int offset;
4940
4941         if (unlikely(!nc->va)) {
4942 refill:
4943                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4944                 if (!page)
4945                         return NULL;
4946
4947 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4948                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4949                 size = nc->size;
4950 #endif
4951                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4952                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4953                  */
4954                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4955
4956                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4957                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4958                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4959                 nc->offset = size;
4960         }
4961
4962         offset = nc->offset - fragsz;
4963         if (unlikely(offset < 0)) {
4964                 page = virt_to_page(nc->va);
4965
4966                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4967                         goto refill;
4968
4969 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4970                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4971                 size = nc->size;
4972 #endif
4973                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4974                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4975
4976                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4977                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4978                 offset = size - fragsz;
4979         }
4980
4981         nc->pagecnt_bias--;
4982         nc->offset = offset;
4983
4984         return nc->va + offset;
4985 }
4986 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4987
4988 /*
4989  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4990  */
4991 void page_frag_free(void *addr)
4992 {
4993         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4994
4995         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4996                 free_the_page(page, compound_order(page));
4997 }
4998 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4999
5000 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5001                 size_t size)
5002 {
5003         if (addr) {
5004                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5005                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5006
5007                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5008                 while (used < alloc_end) {
5009                         free_page(used);
5010                         used += PAGE_SIZE;
5011                 }
5012         }
5013         return (void *)addr;
5014 }
5015
5016 /**
5017  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5018  * @size: the number of bytes to allocate
5019  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5020  *
5021  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5022  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5023  * allocate memory in power-of-two pages.
5024  *
5025  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5026  *
5027  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5028  *
5029  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5030  */
5031 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5032 {
5033         unsigned int order = get_order(size);
5034         unsigned long addr;
5035
5036         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5037                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5038
5039         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5040         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5041 }
5042 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5043
5044 /**
5045  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5046  *                         pages on a node.
5047  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5048  * @size: the number of bytes to allocate
5049  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5050  *
5051  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5052  * back.
5053  *
5054  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5055  */
5056 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5057 {
5058         unsigned int order = get_order(size);
5059         struct page *p;
5060
5061         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5062                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5063
5064         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5065         if (!p)
5066                 return NULL;
5067         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5068 }
5069
5070 /**
5071  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5072  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5073  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5074  *
5075  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5076  */
5077 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5078 {
5079         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5080         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5081
5082         while (addr < end) {
5083                 free_page(addr);
5084                 addr += PAGE_SIZE;
5085         }
5086 }
5087 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5088
5089 /**
5090  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5091  * @offset: The zone index of the highest zone
5092  *
5093  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5094  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5095  * zone, the number of pages is calculated as:
5096  *
5097  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5098  *
5099  * Return: number of pages beyond high watermark.
5100  */
5101 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5102 {
5103         struct zoneref *z;
5104         struct zone *zone;
5105
5106         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5107         unsigned long sum = 0;
5108
5109         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5110
5111         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5112                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5113                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5114                 if (size > high)
5115                         sum += size - high;
5116         }
5117
5118         return sum;
5119 }
5120
5121 /**
5122  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5123  *
5124  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5125  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5126  *
5127  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5128  * ZONE_NORMAL.
5129  */
5130 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5131 {
5132         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5133 }
5134 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5135
5136 /**
5137  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5138  *
5139  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5140  * high watermark within all zones.
5141  *
5142  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5143  */
5144 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5145 {
5146         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5147 }
5148
5149 static inline void show_node(struct zone *zone)
5150 {
5151         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5152                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5153 }
5154
5155 long si_mem_available(void)
5156 {
5157         long available;
5158         unsigned long pagecache;
5159         unsigned long wmark_low = 0;
5160         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5161         unsigned long reclaimable;
5162         struct zone *zone;
5163         int lru;
5164
5165         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5166                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5167
5168         for_each_zone(zone)
5169                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5170
5171         /*
5172          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5173          * without causing swapping.
5174          */
5175         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5176
5177         /*
5178          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5179          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5180          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5181          */
5182         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5183         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5184         available += pagecache;
5185
5186         /*
5187          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5188          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5189          * low watermark.
5190          */
5191         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5192                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5193         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5194
5195         if (available < 0)
5196                 available = 0;
5197         return available;
5198 }
5199 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5200
5201 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5202 {
5203         val->totalram = totalram_pages();
5204         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5205         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5206         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5207         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5208         val->freehigh = nr_free_highpages();
5209         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5210 }
5211
5212 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5213
5214 #ifdef CONFIG_NUMA
5215 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5216 {
5217         int zone_type;          /* needs to be signed */
5218         unsigned long managed_pages = 0;
5219         unsigned long managed_highpages = 0;
5220         unsigned long free_highpages = 0;
5221         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5222
5223         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5224                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5225         val->totalram = managed_pages;
5226         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5227         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5228 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5229         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5230                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5231
5232                 if (is_highmem(zone)) {
5233                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5234                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5235                 }
5236         }
5237         val->totalhigh = managed_highpages;
5238         val->freehigh = free_highpages;
5239 #else
5240         val->totalhigh = managed_highpages;
5241         val->freehigh = free_highpages;
5242 #endif
5243         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5244 }
5245 #endif
5246
5247 /*
5248  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5249  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5250  */
5251 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5252 {
5253         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5254                 return false;
5255
5256         /*
5257          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5258          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5259          * have to be precise here.
5260          */
5261         if (!nodemask)
5262                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5263
5264         return !node_isset(nid, *nodemask);
5265 }
5266
5267 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5268
5269 static void show_migration_types(unsigned char type)
5270 {
5271         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5272                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5273                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5274                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5275                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5276 #ifdef CONFIG_CMA
5277                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5278 #endif
5279 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5280                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5281 #endif
5282         };
5283         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5284         char *p = tmp;
5285         int i;
5286
5287         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5288                 if (type & (1 << i))
5289                         *p++ = types[i];
5290         }
5291
5292         *p = '\0';
5293         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5294 }
5295
5296 /*
5297  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5298  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5299  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5300  *
5301  * Bits in @filter:
5302  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5303  *   cpuset.
5304  */
5305 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5306 {
5307         unsigned long free_pcp = 0;
5308         int cpu;
5309         struct zone *zone;
5310         pg_data_t *pgdat;
5311
5312         for_each_populated_zone(zone) {
5313                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5314                         continue;
5315
5316                 for_each_online_cpu(cpu)
5317                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5318         }
5319
5320         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5321                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5322                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5323                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5324                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5325                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5326                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5327                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5328                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5329                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5330                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5331                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5332                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5333                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5334                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5335                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5336                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5337                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5338                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5339                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5340                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5341                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5342                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5343                 free_pcp,
5344                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5345
5346         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5347                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5348                         continue;
5349
5350                 printk("Node %d"
5351                         " active_anon:%lukB"
5352                         " inactive_anon:%lukB"
5353                         " active_file:%lukB"
5354                         " inactive_file:%lukB"
5355                         " unevictable:%lukB"
5356                         " isolated(anon):%lukB"
5357                         " isolated(file):%lukB"
5358                         " mapped:%lukB"
5359                         " dirty:%lukB"
5360                         " writeback:%lukB"
5361                         " shmem:%lukB"
5362 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5363                         " shmem_thp: %lukB"
5364                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5365                         " anon_thp: %lukB"
5366 #endif
5367                         " writeback_tmp:%lukB"
5368                         " unstable:%lukB"
5369                         " all_unreclaimable? %s"
5370                         "\n",
5371                         pgdat->node_id,
5372                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5373                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5374                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5375                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5376                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5377                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5378                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5379                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5380                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5381                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5382                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5383 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5384                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5385                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5386                                         * HPAGE_PMD_NR),
5387                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5388 #endif
5389                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5390                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5391                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5392                                 "yes" : "no");
5393         }
5394
5395         for_each_populated_zone(zone) {
5396                 int i;
5397
5398                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5399                         continue;
5400
5401                 free_pcp = 0;
5402                 for_each_online_cpu(cpu)
5403                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5404
5405                 show_node(zone);
5406                 printk(KERN_CONT
5407                         "%s"
5408                         " free:%lukB"
5409                         " min:%lukB"
5410                         " low:%lukB"
5411                         " high:%lukB"
5412                         " reserved_highatomic:%luKB"
5413                         " active_anon:%lukB"
5414                         " inactive_anon:%lukB"
5415                         " active_file:%lukB"
5416                         " inactive_file:%lukB"
5417                         " unevictable:%lukB"
5418                         " writepending:%lukB"
5419                         " present:%lukB"
5420                         " managed:%lukB"
5421                         " mlocked:%lukB"
5422                         " kernel_stack:%lukB"
5423 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5424                         " shadow_call_stack:%lukB"
5425 #endif
5426                         " pagetables:%lukB"
5427                         " bounce:%lukB"
5428                         " free_pcp:%lukB"
5429                         " local_pcp:%ukB"
5430                         " free_cma:%lukB"
5431                         "\n",
5432                         zone->name,
5433                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5434                         K(min_wmark_pages(zone)),
5435                         K(low_wmark_pages(zone)),
5436                         K(high_wmark_pages(zone)),
5437                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5438                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5439                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5440                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5441                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5442                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5443                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5444                         K(zone->present_pages),
5445                         K(zone_managed_pages(zone)),
5446                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5447                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5448 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5449                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_SCS_KB),
5450 #endif
5451                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5452                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5453                         K(free_pcp),
5454                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5455                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5456                 printk("lowmem_reserve[]:");
5457                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5458                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5459                 printk(KERN_CONT "\n");
5460         }
5461
5462         for_each_populated_zone(zone) {
5463                 unsigned int order;
5464                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5465                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5466
5467                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5468                         continue;
5469                 show_node(zone);
5470                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5471
5472                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5473                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5474                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5475                         int type;
5476
5477                         nr[order] = area->nr_free;
5478                         total += nr[order] << order;
5479
5480                         types[order] = 0;
5481                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5482                                 if (!free_area_empty(area, type))
5483                                         types[order] |= 1 << type;
5484                         }
5485                 }
5486                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5487                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5488                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5489                                nr[order], K(1UL) << order);
5490                         if (nr[order])
5491                                 show_migration_types(types[order]);
5492                 }
5493                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5494         }
5495
5496         hugetlb_show_meminfo();
5497
5498         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5499
5500         show_swap_cache_info();
5501 }
5502
5503 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5504 {
5505         zoneref->zone = zone;
5506         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5507 }
5508
5509 /*
5510  * Builds allocation fallback zone lists.
5511  *
5512  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5513  */
5514 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5515 {
5516         struct zone *zone;
5517         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5518         int nr_zones = 0;
5519
5520         do {
5521                 zone_type--;
5522                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5523                 if (managed_zone(zone)) {
5524                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5525                         check_highest_zone(zone_type);
5526                 }
5527         } while (zone_type);
5528
5529         return nr_zones;
5530 }
5531
5532 #ifdef CONFIG_NUMA
5533
5534 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5535 {
5536         /*
5537          * We used to support different zonlists modes but they turned
5538          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5539          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5540          * not fail it silently
5541          */
5542         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5543                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5544                 return -EINVAL;
5545         }
5546         return 0;
5547 }
5548
5549 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5550 {
5551         if (!s)
5552                 return 0;
5553
5554         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5555 }
5556 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5557
5558 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5559
5560 /*
5561  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5562  */
5563 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5564                 void __user *buffer, size_t *length,
5565                 loff_t *ppos)
5566 {
5567         char *str;
5568         int ret;
5569
5570         if (!write)
5571                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5572         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5573         if (IS_ERR(str))
5574                 return PTR_ERR(str);
5575
5576         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5577         kfree(str);
5578         return ret;
5579 }
5580
5581
5582 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5583 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5584
5585 /**
5586  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5587  * @node: node whose fallback list we're appending
5588  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5589  *
5590  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5591  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5592  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5593  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5594  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5595  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5596  * on them otherwise.
5597  *
5598  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5599  */
5600 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5601 {
5602         int n, val;
5603         int min_val = INT_MAX;
5604         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5605         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5606
5607         /* Use the local node if we haven't already */
5608         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5609                 node_set(node, *used_node_mask);
5610                 return node;
5611         }
5612
5613         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5614
5615                 /* Don't want a node to appear more than once */
5616                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5617                         continue;
5618
5619                 /* Use the distance array to find the distance */
5620                 val = node_distance(node, n);
5621
5622                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5623                 val += (n < node);
5624
5625                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5626                 tmp = cpumask_of_node(n);
5627                 if (!cpumask_empty(tmp))
5628                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5629
5630                 /* Slight preference for less loaded node */
5631                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5632                 val += node_load[n];
5633
5634                 if (val < min_val) {
5635                         min_val = val;
5636                         best_node = n;
5637                 }
5638         }
5639
5640         if (best_node >= 0)
5641                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5642
5643         return best_node;
5644 }
5645
5646
5647 /*
5648  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5649  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5650  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5651  */
5652 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5653                 unsigned nr_nodes)
5654 {
5655         struct zoneref *zonerefs;
5656         int i;
5657
5658         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5659
5660         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5661                 int nr_zones;
5662
5663                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5664
5665                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5666                 zonerefs += nr_zones;
5667         }
5668         zonerefs->zone = NULL;
5669         zonerefs->zone_idx = 0;
5670 }
5671
5672 /*
5673  * Build gfp_thisnode zonelists
5674  */
5675 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5676 {
5677         struct zoneref *zonerefs;
5678         int nr_zones;
5679
5680         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5681         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5682         zonerefs += nr_zones;
5683         zonerefs->zone = NULL;
5684         zonerefs->zone_idx = 0;
5685 }
5686
5687 /*
5688  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5689  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5690  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5691  * may still exist in local DMA zone.
5692  */
5693
5694 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5695 {
5696         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5697         int node, load, nr_nodes = 0;
5698         nodemask_t used_mask;
5699         int local_node, prev_node;
5700
5701         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5702         local_node = pgdat->node_id;
5703         load = nr_online_nodes;
5704         prev_node = local_node;
5705         nodes_clear(used_mask);
5706
5707         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5708         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5709                 /*
5710                  * We don't want to pressure a particular node.
5711                  * So adding penalty to the first node in same
5712                  * distance group to make it round-robin.
5713                  */
5714                 if (node_distance(local_node, node) !=
5715                     node_distance(local_node, prev_node))
5716                         node_load[node] = load;
5717
5718                 node_order[nr_nodes++] = node;
5719                 prev_node = node;
5720                 load--;
5721         }
5722
5723         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5724         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5725 }
5726
5727 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5728 /*
5729  * Return node id of node used for "local" allocations.
5730  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5731  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5732  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5733  */
5734 int local_memory_node(int node)
5735 {
5736         struct zoneref *z;
5737
5738         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5739                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5740                                    NULL);
5741         return zone_to_nid(z->zone);
5742 }
5743 #endif
5744
5745 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5746 static void setup_min_slab_ratio(void);
5747 #else   /* CONFIG_NUMA */
5748
5749 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5750 {
5751         int node, local_node;
5752         struct zoneref *zonerefs;
5753         int nr_zones;
5754
5755         local_node = pgdat->node_id;
5756
5757         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5758         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5759         zonerefs += nr_zones;
5760
5761         /*
5762          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5763          * of all the other nodes.
5764          * We don't want to pressure a particular node, so when
5765          * building the zones for node N, we make sure that the
5766          * zones coming right after the local ones are those from
5767          * node N+1 (modulo N)
5768          */
5769         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5770                 if (!node_online(node))
5771                         continue;
5772                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5773                 zonerefs += nr_zones;
5774         }
5775         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5776                 if (!node_online(node))
5777                         continue;
5778                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5779                 zonerefs += nr_zones;
5780         }
5781
5782         zonerefs->zone = NULL;
5783         zonerefs->zone_idx = 0;
5784 }
5785
5786 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5787
5788 /*
5789  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5790  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5791  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5792  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5793  * with interrupts disabled.
5794  *
5795  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5796  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5797  * hotplugged processors.
5798  *
5799  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5800  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5801  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5802  */
5803 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5804 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5805 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5806
5807 static void __build_all_zonelists(void *data)
5808 {
5809         int nid;
5810         int __maybe_unused cpu;
5811         pg_data_t *self = data;
5812         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5813
5814         spin_lock(&lock);
5815
5816 #ifdef CONFIG_NUMA
5817         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5818 #endif
5819
5820         /*
5821          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5822          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5823          */
5824         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5825                 build_zonelists(self);
5826         } else {
5827                 for_each_online_node(nid) {
5828                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5829
5830                         build_zonelists(pgdat);
5831                 }
5832
5833 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5834                 /*
5835                  * We now know the "local memory node" for each node--
5836                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5837                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5838                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5839                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5840                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5841                  */
5842                 for_each_online_cpu(cpu)
5843                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5844 #endif
5845         }
5846
5847         spin_unlock(&lock);
5848 }
5849
5850 static noinline void __init
5851 build_all_zonelists_init(void)
5852 {
5853         int cpu;
5854
5855         __build_all_zonelists(NULL);
5856
5857         /*
5858          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5859          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5860          * each zone will be allocated later when the per cpu
5861          * allocator is available.
5862          *
5863          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5864          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5865          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5866          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5867          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5868          * (a chicken-egg dilemma).
5869          */
5870         for_each_possible_cpu(cpu)
5871                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5872
5873         mminit_verify_zonelist();
5874         cpuset_init_current_mems_allowed();
5875 }
5876
5877 /*
5878  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5879  *
5880  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5881  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5882  */
5883 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5884 {
5885         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5886                 build_all_zonelists_init();
5887         } else {
5888                 __build_all_zonelists(pgdat);
5889                 /* cpuset refresh routine should be here */
5890         }
5891         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5892         /*
5893          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5894          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5895          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5896          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5897          * disabled and enable it later
5898          */
5899         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5900                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5901         else
5902                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5903
5904         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5905                 nr_online_nodes,
5906                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5907                 vm_total_pages);
5908 #ifdef CONFIG_NUMA
5909         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5910 #endif
5911 }
5912
5913 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5914 static bool __meminit
5915 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5916 {
5917 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5918         static struct memblock_region *r;
5919
5920         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5921                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5922                         for_each_memblock(memory, r) {
5923                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5924                                         break;
5925                         }
5926                 }
5927                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5928                     memblock_is_mirror(r)) {
5929                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5930                         return true;
5931                 }
5932         }
5933 #endif
5934         return false;
5935 }
5936
5937 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5938 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5939 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5940 {
5941         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5942
5943         if (present_section_nr(section_nr))
5944                 return pfn;
5945         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5946 }
5947 #else
5948 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5949 {
5950         return pfn++;
5951 }
5952 #endif
5953
5954 /*
5955  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5956  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5957  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5958  */
5959 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5960                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5961                 struct vmem_altmap *altmap)
5962 {
5963         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5964         struct page *page;
5965
5966         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5967                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5968
5969 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5970         /*
5971          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5972          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5973          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5974          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5975          * the hotplug lock.
5976          */
5977         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5978                 if (!altmap)
5979                         return;
5980
5981                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5982                         start_pfn += altmap->reserve;
5983                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5984         }
5985 #endif
5986
5987         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5988                 /*
5989                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5990                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5991                  */
5992                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5993                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5994                                 pfn = next_pfn(pfn);
5995                                 continue;
5996                         }
5997                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
5998                                 pfn++;
5999                                 continue;
6000                         }
6001                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6002                                 continue;
6003                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6004                                 break;
6005                 }
6006
6007                 page = pfn_to_page(pfn);
6008                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6009                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6010                         __SetPageReserved(page);
6011
6012                 /*
6013                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6014                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6015                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6016                  * the address space during boot when many long-lived
6017                  * kernel allocations are made.
6018                  *
6019                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6020                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6021                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6022                  * pfn out of zone.
6023                  */
6024                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6025                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6026                         cond_resched();
6027                 }
6028                 pfn++;
6029         }
6030 }
6031
6032 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6033 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6034                                    unsigned long start_pfn,
6035                                    unsigned long nr_pages,
6036                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6037 {
6038         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6039         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6040         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6041         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6042         unsigned long start = jiffies;
6043         int nid = pgdat->node_id;
6044
6045         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6046                 return;
6047
6048         /*
6049          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6050          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6051          * the end of that region and start processing the device pages.
6052          */
6053         if (altmap) {
6054                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6055                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6056         }
6057
6058         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6059                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6060
6061                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6062
6063                 /*
6064                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6065                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6066                  *
6067                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6068                  * the flag as we are still initializing the pages.
6069                  */
6070                 __SetPageReserved(page);
6071
6072                 /*
6073                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6074                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6075                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6076                  */
6077                 page->pgmap = pgmap;
6078                 page->zone_device_data = NULL;
6079
6080                 /*
6081                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6082                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6083                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6084                  * the address space during boot when many long-lived
6085                  * kernel allocations are made.
6086                  *
6087                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6088                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6089                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6090                  * pfn out of zone.
6091                  *
6092                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6093                  * because this is done early in section_activate()
6094                  */
6095                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6096                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6097                         cond_resched();
6098                 }
6099         }
6100
6101         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6102                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6103 }
6104
6105 #endif
6106 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6107 {
6108         unsigned int order, t;
6109         for_each_migratetype_order(order, t) {
6110                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6111                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6112         }
6113 }
6114
6115 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6116                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6117 {
6118         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6119 }
6120
6121 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6122 {
6123 #ifdef CONFIG_MMU
6124         int batch;
6125
6126         /*
6127          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6128          * size of the zone.
6129          */
6130         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6131         /* But no more than a meg. */
6132         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6133                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6134         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6135         if (batch < 1)
6136                 batch = 1;
6137
6138         /*
6139          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6140          * of 2 value was found to be more likely to have
6141          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6142          *
6143          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6144          * batches of pages, one task can end up with a lot
6145          * of pages of one half of the possible page colors
6146          * and the other with pages of the other colors.
6147          */
6148         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6149
6150         return batch;
6151
6152 #else
6153         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6154          * conditions.
6155          *
6156          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6157          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6158          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6159          *
6160          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6161          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6162          * can be a significant delay between the individual batches being
6163          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6164          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6165          */
6166         return 0;
6167 #endif
6168 }
6169
6170 /*
6171  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6172  * ->batch must never be higher then ->high.
6173  * The following function updates them in a safe manner without read side
6174  * locking.
6175  *
6176  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6177  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6178  *
6179  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6180  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6181  * exist).
6182  */
6183 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6184                 unsigned long batch)
6185 {
6186        /* start with a fail safe value for batch */
6187         pcp->batch = 1;
6188         smp_wmb();
6189
6190        /* Update high, then batch, in order */
6191         pcp->high = high;
6192         smp_wmb();
6193
6194         pcp->batch = batch;
6195 }
6196
6197 /* a companion to pageset_set_high() */
6198 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6199 {
6200         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6201 }
6202
6203 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6204 {
6205         struct per_cpu_pages *pcp;
6206         int migratetype;
6207
6208         memset(p, 0, sizeof(*p));
6209
6210         pcp = &p->pcp;
6211         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6212                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6213 }
6214
6215 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6216 {
6217         pageset_init(p);
6218         pageset_set_batch(p, batch);
6219 }
6220
6221 /*
6222  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6223  * to the value high for the pageset p.
6224  */
6225 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6226                                 unsigned long high)
6227 {
6228         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6229         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6230                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6231
6232         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6233 }
6234
6235 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6236                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6237 {
6238         if (percpu_pagelist_fraction)
6239                 pageset_set_high(pcp,
6240                         (zone_managed_pages(zone) /
6241                                 percpu_pagelist_fraction));
6242         else
6243                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6244 }
6245
6246 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6247 {
6248         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6249
6250         pageset_init(pcp);
6251         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6252 }
6253
6254 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6255 {
6256         int cpu;
6257         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6258         for_each_possible_cpu(cpu)
6259                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6260 }
6261
6262 /*
6263  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6264  * Before this call only boot pagesets were available.
6265  */
6266 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6267 {
6268         struct pglist_data *pgdat;
6269         struct zone *zone;
6270
6271         for_each_populated_zone(zone)
6272                 setup_zone_pageset(zone);
6273
6274         for_each_online_pgdat(pgdat)
6275                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6276                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6277 }
6278
6279 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6280 {
6281         /*
6282          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6283          * relies on the ability of the linker to provide the
6284          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6285          */
6286         zone->pageset = &boot_pageset;
6287
6288         if (populated_zone(zone))
6289                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6290                         zone->name, zone->present_pages,
6291                                          zone_batchsize(zone));
6292 }
6293
6294 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6295                                         unsigned long zone_start_pfn,
6296                                         unsigned long size)
6297 {
6298         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6299         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6300
6301         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6302                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6303
6304         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6305
6306         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6307                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6308                         pgdat->node_id,
6309                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6310                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6311
6312         zone_init_free_lists(zone);
6313         zone->initialized = 1;
6314 }
6315
6316 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6317 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6318
6319 /*
6320  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6321  */
6322 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6323                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6324 {
6325         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6326         int nid;
6327
6328         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6329                 return state->last_nid;
6330
6331         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6332         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6333                 state->last_start = start_pfn;
6334                 state->last_end = end_pfn;
6335                 state->last_nid = nid;
6336         }
6337
6338         return nid;
6339 }
6340 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6341
6342 /**
6343  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6344  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6345  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6346  *
6347  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6348  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6349  * memblock_free_early_nid() manually.
6350  */
6351 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6352 {
6353         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6354         int i, this_nid;
6355
6356         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6357                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6358                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6359
6360                 if (start_pfn < end_pfn)
6361                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6362                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6363                                         this_nid);
6364         }
6365 }
6366
6367 /**
6368  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6369  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6370  *
6371  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6372  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6373  */
6374 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6375 {
6376         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6377         int i, this_nid;
6378
6379         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6380                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6381 }
6382
6383 /**
6384  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6385  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6386  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6387  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6388  *
6389  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6390  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6391  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6392  * PFNs will be 0.
6393  */
6394 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6395                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6396 {
6397         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6398         int i;
6399
6400         *start_pfn = -1UL;
6401         *end_pfn = 0;
6402
6403         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6404                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6405                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6406         }
6407
6408         if (*start_pfn == -1UL)
6409                 *start_pfn = 0;
6410 }
6411
6412 /*
6413  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6414  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6415  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6416  */
6417 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6418 {
6419         int zone_index;
6420         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6421                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6422                         continue;
6423
6424                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6425                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6426                         break;
6427         }
6428
6429         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6430         movable_zone = zone_index;
6431 }
6432
6433 /*
6434  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6435  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6436  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6437  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6438  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6439  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6440  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6441  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6442  */
6443 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6444                                         unsigned long zone_type,
6445                                         unsigned long node_start_pfn,
6446                                         unsigned long node_end_pfn,
6447                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6448                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6449 {
6450         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6451         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6452                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6453                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6454                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6455                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6456                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6457
6458                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6459                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6460                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6461                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6462                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6463
6464                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6465                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6466                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6467         }
6468 }
6469
6470 /*
6471  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6472  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6473  */
6474 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6475                                         unsigned long zone_type,
6476                                         unsigned long node_start_pfn,
6477                                         unsigned long node_end_pfn,
6478                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6479                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6480                                         unsigned long *ignored)
6481 {
6482         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6483         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6484         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6485         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6486                 return 0;
6487
6488         /* Get the start and end of the zone */
6489         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6490         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6491         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6492                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6493                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6494
6495         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6496         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6497                 return 0;
6498
6499         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6500         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6501         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6502
6503         /* Return the spanned pages */
6504         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6505 }
6506
6507 /*
6508  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6509  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6510  */
6511 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6512                                 unsigned long range_start_pfn,
6513                                 unsigned long range_end_pfn)
6514 {
6515         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6516         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6517         int i;
6518
6519         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6520                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6521                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6522                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6523         }
6524         return nr_absent;
6525 }
6526
6527 /**
6528  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6529  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6530  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6531  *
6532  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6533  */
6534 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6535                                                         unsigned long end_pfn)
6536 {
6537         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6538 }
6539
6540 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6541 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6542                                         unsigned long zone_type,
6543                                         unsigned long node_start_pfn,
6544                                         unsigned long node_end_pfn,
6545                                         unsigned long *ignored)
6546 {
6547         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6548         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6549         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6550         unsigned long nr_absent;
6551
6552         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6553         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6554                 return 0;
6555
6556         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6557         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6558
6559         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6560                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6561                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6562         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6563
6564         /*
6565          * ZONE_MOVABLE handling.
6566          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6567          * and vice versa.
6568          */
6569         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6570                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6571                 struct memblock_region *r;
6572
6573                 for_each_memblock(memory, r) {
6574                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6575                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6576                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6577                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6578
6579                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6580                             memblock_is_mirror(r))
6581                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6582
6583                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6584                             !memblock_is_mirror(r))
6585                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6586                 }
6587         }
6588
6589         return nr_absent;
6590 }
6591
6592 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6593 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6594                                         unsigned long zone_type,
6595                                         unsigned long node_start_pfn,
6596                                         unsigned long node_end_pfn,
6597                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6598                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6599                                         unsigned long *zones_size)
6600 {
6601         unsigned int zone;
6602
6603         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6604         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6605                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6606
6607         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6608
6609         return zones_size[zone_type];
6610 }
6611
6612 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6613                                                 unsigned long zone_type,
6614                                                 unsigned long node_start_pfn,
6615                                                 unsigned long node_end_pfn,
6616                                                 unsigned long *zholes_size)
6617 {
6618         if (!zholes_size)
6619                 return 0;
6620
6621         return zholes_size[zone_type];
6622 }
6623
6624 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6625
6626 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6627                                                 unsigned long node_start_pfn,
6628                                                 unsigned long node_end_pfn,
6629                                                 unsigned long *zones_size,
6630                                                 unsigned long *zholes_size)
6631 {
6632         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6633         enum zone_type i;
6634
6635         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6636                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6637                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6638                 unsigned long size, real_size;
6639
6640                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6641                                                   node_start_pfn,
6642                                                   node_end_pfn,
6643                                                   &zone_start_pfn,
6644                                                   &zone_end_pfn,
6645                                                   zones_size);
6646                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6647                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6648                                                   zholes_size);
6649                 if (size)
6650                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6651                 else
6652                         zone->zone_start_pfn = 0;
6653                 zone->spanned_pages = size;
6654                 zone->present_pages = real_size;
6655
6656                 totalpages += size;
6657                 realtotalpages += real_size;
6658         }
6659
6660         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6661         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6662         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6663                                                         realtotalpages);
6664 }
6665
6666 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6667 /*
6668  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6669  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6670  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6671  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6672  * bytes.
6673  */
6674 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6675 {
6676         unsigned long usemapsize;
6677
6678         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6679         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6680         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6681         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6682         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6683
6684         return usemapsize / 8;
6685 }
6686
6687 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6688                                 struct zone *zone,
6689                                 unsigned long zone_start_pfn,
6690                                 unsigned long zonesize)
6691 {
6692         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6693         zone->pageblock_flags = NULL;
6694         if (usemapsize) {
6695                 zone->pageblock_flags =
6696                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6697                                             pgdat->node_id);
6698                 if (!zone->pageblock_flags)
6699                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6700                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6701         }
6702 }
6703 #else
6704 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6705                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6706 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6707
6708 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6709
6710 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6711 void __init set_pageblock_order(void)
6712 {
6713         unsigned int order;
6714
6715         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6716         if (pageblock_order)
6717                 return;
6718
6719         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6720                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6721         else
6722                 order = MAX_ORDER - 1;
6723
6724         /*
6725          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6726          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6727          * powerpc.
6728          */
6729         pageblock_order = order;
6730 }
6731 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6732
6733 /*
6734  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6735  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6736  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6737  * the kernel config
6738  */
6739 void __init set_pageblock_order(void)
6740 {
6741 }
6742
6743 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6744
6745 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6746                                                 unsigned long present_pages)
6747 {
6748         unsigned long pages = spanned_pages;
6749
6750         /*
6751          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6752          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6753          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6754          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6755          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6756          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6757          */
6758         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6759             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6760                 pages = present_pages;
6761
6762         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6763 }
6764
6765 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6766 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6767 {
6768         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6769
6770         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6771         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6772         ds_queue->split_queue_len = 0;
6773 }
6774 #else
6775 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6776 #endif
6777
6778 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6779 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6780 {
6781         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6782 }
6783 #else
6784 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6785 #endif
6786
6787 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6788 {
6789         pgdat_resize_init(pgdat);
6790
6791         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6792         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6793
6794         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6795         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6796
6797         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6798         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6799         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6800 }
6801
6802 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6803                                                         unsigned long remaining_pages)
6804 {
6805         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6806         zone_set_nid(zone, nid);
6807         zone->name = zone_names[idx];
6808         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6809         spin_lock_init(&zone->lock);
6810         zone_seqlock_init(zone);
6811         zone_pcp_init(zone);
6812 }
6813
6814 /*
6815  * Set up the zone data structures
6816  * - init pgdat internals
6817  * - init all zones belonging to this node
6818  *
6819  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6820  */
6821 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6822 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6823 {
6824         enum zone_type z;
6825         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6826
6827         pgdat_init_internals(pgdat);
6828         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6829                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6830 }
6831 #endif
6832
6833 /*
6834  * Set up the zone data structures:
6835  *   - mark all pages reserved
6836  *   - mark all memory queues empty
6837  *   - clear the memory bitmaps
6838  *
6839  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6840  * NOTE: this function is only called during early init.
6841  */
6842 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6843 {
6844         enum zone_type j;
6845         int nid = pgdat->node_id;
6846
6847         pgdat_init_internals(pgdat);
6848         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6849
6850         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6851                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6852                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6853                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6854
6855                 size = zone->spanned_pages;
6856                 freesize = zone->present_pages;
6857
6858                 /*
6859                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6860                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6861                  * and per-cpu initialisations
6862                  */
6863                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6864                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6865                         if (freesize >= memmap_pages) {
6866                                 freesize -= memmap_pages;
6867                                 if (memmap_pages)
6868                                         printk(KERN_DEBUG
6869                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6870                                                zone_names[j], memmap_pages);
6871                         } else
6872                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6873                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6874                 }
6875
6876                 /* Account for reserved pages */
6877                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6878                         freesize -= dma_reserve;
6879                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6880                                         zone_names[0], dma_reserve);
6881                 }
6882
6883                 if (!is_highmem_idx(j))
6884                         nr_kernel_pages += freesize;
6885                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6886                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6887                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6888                 nr_all_pages += freesize;
6889
6890                 /*
6891                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6892                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6893                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6894                  */
6895                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6896
6897                 if (!size)
6898                         continue;
6899
6900                 set_pageblock_order();
6901                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6902                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6903                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6904         }
6905 }
6906
6907 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6908 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6909 {
6910         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6911         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6912
6913         /* Skip empty nodes */
6914         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6915                 return;
6916
6917         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6918         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6919         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6920         if (!pgdat->node_mem_map) {
6921                 unsigned long size, end;
6922                 struct page *map;
6923
6924                 /*
6925                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6926                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6927                  * for the buddy allocator to function correctly.
6928                  */
6929                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6930                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6931                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6932                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6933                                           pgdat->node_id);
6934                 if (!map)
6935                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6936                               size, pgdat->node_id);
6937                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6938         }
6939         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6940                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6941                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6942 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6943         /*
6944          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6945          */
6946         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6947                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6948 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6949                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6950                         mem_map -= offset;
6951 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6952         }
6953 #endif
6954 }
6955 #else
6956 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6957 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6958
6959 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6960 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6961 {
6962         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6963 }
6964 #else
6965 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6966 #endif
6967
6968 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6969                                    unsigned long node_start_pfn,
6970                                    unsigned long *zholes_size)
6971 {
6972         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6973         unsigned long start_pfn = 0;
6974         unsigned long end_pfn = 0;
6975
6976         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6977         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6978
6979         pgdat->node_id = nid;
6980         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6981         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6982 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6983         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6984         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6985                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6986                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6987 #else
6988         start_pfn = node_start_pfn;
6989 #endif
6990         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6991                                   zones_size, zholes_size);
6992
6993         alloc_node_mem_map(pgdat);
6994         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6995
6996         free_area_init_core(pgdat);
6997 }
6998
6999 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7000 /*
7001  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
7002  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
7003  */
7004 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7005 {
7006         unsigned long pfn;
7007         u64 pgcnt = 0;
7008
7009         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7010                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7011                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7012                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7013                         continue;
7014                 }
7015                 /*
7016                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7017                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7018                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7019                  */
7020                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7021                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7022                 pgcnt++;
7023         }
7024
7025         return pgcnt;
7026 }
7027
7028 /*
7029  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7030  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7031  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7032  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7033  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7034  *
7035  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7036  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7037  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7038  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7039  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7040  */
7041 static void __init init_unavailable_mem(void)
7042 {
7043         phys_addr_t start, end;
7044         u64 i, pgcnt;
7045         phys_addr_t next = 0;
7046
7047         /*
7048          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7049          */
7050         pgcnt = 0;
7051         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7052                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7053                 if (next < start)
7054                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7055                                                         PFN_UP(start));
7056                 next = end;
7057         }
7058
7059         /*
7060          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7061          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7062          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7063          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7064          * state.
7065          */
7066         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7067                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7068
7069         /*
7070          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7071          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7072          */
7073         if (pgcnt)
7074                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7075 }
7076 #else
7077 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7078 {
7079 }
7080 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7081
7082 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
7083
7084 #if MAX_NUMNODES > 1
7085 /*
7086  * Figure out the number of possible node ids.
7087  */
7088 void __init setup_nr_node_ids(void)
7089 {
7090         unsigned int highest;
7091
7092         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7093         nr_node_ids = highest + 1;
7094 }
7095 #endif
7096
7097 /**
7098  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7099  *
7100  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7101  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7102  * all the nodes.
7103  *
7104  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7105  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7106  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7107  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7108  *
7109  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7110  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7111  * populated node map.
7112  *
7113  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7114  * requirement (single node).
7115  */
7116 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7117 {
7118         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7119         unsigned long start, end, mask;
7120         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7121         int i, nid;
7122
7123         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7124                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7125                         last_nid = nid;
7126                         last_end = end;
7127                         continue;
7128                 }
7129
7130                 /*
7131                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7132                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7133                  * too coarse to separate the current node from the last.
7134                  */
7135                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7136                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7137                         mask <<= 1;
7138
7139                 /* accumulate all internode masks */
7140                 accl_mask |= mask;
7141         }
7142
7143         /* convert mask to number of pages */
7144         return ~accl_mask + 1;
7145 }
7146
7147 /* Find the lowest pfn for a node */
7148 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7149 {
7150         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7151         unsigned long start_pfn;
7152         int i;
7153
7154         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7155                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7156
7157         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7158                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7159                 return 0;
7160         }
7161
7162         return min_pfn;
7163 }
7164
7165 /**
7166  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7167  *
7168  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7169  * memblock_set_node().
7170  */
7171 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7172 {
7173         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7174 }
7175
7176 /*
7177  * early_calculate_totalpages()
7178  * Sum pages in active regions for movable zone.
7179  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7180  */
7181 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7182 {
7183         unsigned long totalpages = 0;
7184         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7185         int i, nid;
7186
7187         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7188                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7189
7190                 totalpages += pages;
7191                 if (pages)
7192                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7193         }
7194         return totalpages;
7195 }
7196
7197 /*
7198  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7199  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7200  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7201  * others
7202  */
7203 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7204 {
7205         int i, nid;
7206         unsigned long usable_startpfn;
7207         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7208         /* save the state before borrow the nodemask */
7209         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7210         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7211         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7212         struct memblock_region *r;
7213
7214         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7215         find_usable_zone_for_movable();
7216
7217         /*
7218          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7219          * options.
7220          */
7221         if (movable_node_is_enabled()) {
7222                 for_each_memblock(memory, r) {
7223                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7224                                 continue;
7225
7226                         nid = r->nid;
7227
7228                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7229                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7230                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7231                                 usable_startpfn;
7232                 }
7233
7234                 goto out2;
7235         }
7236
7237         /*
7238          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7239          */
7240         if (mirrored_kernelcore) {
7241                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7242
7243                 for_each_memblock(memory, r) {
7244                         if (memblock_is_mirror(r))
7245                                 continue;
7246
7247                         nid = r->nid;
7248
7249                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7250
7251                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7252                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7253                                 continue;
7254                         }
7255
7256                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7257                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7258                                 usable_startpfn;
7259                 }
7260
7261                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7262                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7263
7264                 goto out2;
7265         }
7266
7267         /*
7268          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7269          * amount of necessary memory.
7270          */
7271         if (required_kernelcore_percent)
7272                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7273                                        10000UL;
7274         if (required_movablecore_percent)
7275                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7276                                         10000UL;
7277
7278         /*
7279          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7280          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7281          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7282          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7283          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7284          * what movablecore would have allowed.
7285          */
7286         if (required_movablecore) {
7287                 unsigned long corepages;
7288
7289                 /*
7290                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7291                  * was requested by the user
7292                  */
7293                 required_movablecore =
7294                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7295                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7296                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7297
7298                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7299         }
7300
7301         /*
7302          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7303          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7304          */
7305         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7306                 goto out;
7307
7308         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7309         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7310
7311 restart:
7312         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7313         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7314         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7315                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7316
7317                 /*
7318                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7319                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7320                  * amount of memory for the kernel
7321                  */
7322                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7323                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7324
7325                 /*
7326                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7327                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7328                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7329                  */
7330                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7331
7332                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7333                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7334                         unsigned long size_pages;
7335
7336                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7337                         if (start_pfn >= end_pfn)
7338                                 continue;
7339
7340                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7341                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7342                                 unsigned long kernel_pages;
7343                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7344                                                                 - start_pfn;
7345
7346                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7347                                                         kernelcore_remaining);
7348                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7349                                                         required_kernelcore);
7350
7351                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7352                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7353
7354                                         /*
7355                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7356                                          * that if we have to rebalance
7357                                          * kernelcore across nodes, we will
7358                                          * not double account here
7359                                          */
7360                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7361                                         continue;
7362                                 }
7363                                 start_pfn = usable_startpfn;
7364                         }
7365
7366                         /*
7367                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7368                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7369                          * number of pages used as kernelcore
7370                          */
7371                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7372                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7373                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7374                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7375
7376                         /*
7377                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7378                          * break if the kernelcore for this node has been
7379                          * satisfied
7380                          */
7381                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7382                                                                 size_pages);
7383                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7384                         if (!kernelcore_remaining)
7385                                 break;
7386                 }
7387         }
7388
7389         /*
7390          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7391          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7392          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7393          * satisfied
7394          */
7395         usable_nodes--;
7396         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7397                 goto restart;
7398
7399 out2:
7400         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7401         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7402                 zone_movable_pfn[nid] =
7403                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7404
7405 out:
7406         /* restore the node_state */
7407         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7408 }
7409
7410 /* Any regular or high memory on that node ? */
7411 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7412 {
7413         enum zone_type zone_type;
7414
7415         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7416                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7417                 if (populated_zone(zone)) {
7418                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7419                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7420                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7421                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7422                         break;
7423                 }
7424         }
7425 }
7426
7427 /**
7428  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7429  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7430  *
7431  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7432  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7433  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7434  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7435  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7436  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7437  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7438  * at arch_max_dma_pfn.
7439  */
7440 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7441 {
7442         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7443         int i, nid;
7444
7445         /* Record where the zone boundaries are */
7446         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7447                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7448         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7449                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7450
7451         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7452
7453         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7454                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7455                         continue;
7456
7457                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7458                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7459                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7460
7461                 start_pfn = end_pfn;
7462         }
7463
7464         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7465         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7466         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7467
7468         /* Print out the zone ranges */
7469         pr_info("Zone ranges:\n");
7470         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7471                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7472                         continue;
7473                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7474                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7475                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7476                         pr_cont("empty\n");
7477                 else
7478                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7479                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7480                                         << PAGE_SHIFT,
7481                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7482                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7483         }
7484
7485         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7486         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7487         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7488                 if (zone_movable_pfn[i])
7489                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7490                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7491         }
7492
7493         /*
7494          * Print out the early node map, and initialize the
7495          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7496          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7497          */
7498         pr_info("Early memory node ranges\n");
7499         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7500                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7501                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7502                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7503                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7504         }
7505
7506         /* Initialise every node */
7507         mminit_verify_pageflags_layout();
7508         setup_nr_node_ids();
7509         init_unavailable_mem();
7510         for_each_online_node(nid) {
7511                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7512                 free_area_init_node(nid, NULL,
7513                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7514
7515                 /* Any memory on that node */
7516                 if (pgdat->node_present_pages)
7517                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7518                 check_for_memory(pgdat, nid);
7519         }
7520 }
7521
7522 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7523                                      unsigned long *percent)
7524 {
7525         unsigned long long coremem;
7526         char *endptr;
7527
7528         if (!p)
7529                 return -EINVAL;
7530
7531         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7532         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7533         if (*endptr == '%') {
7534                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7535                 WARN_ON(coremem > 100);
7536
7537                 *percent = coremem;
7538         } else {
7539                 coremem = memparse(p, &p);
7540                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7541                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7542
7543                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7544                 *percent = 0UL;
7545         }
7546         return 0;
7547 }
7548
7549 /*
7550  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7551  * cannot be reclaimed or migrated.
7552  */
7553 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7554 {
7555         /* parse kernelcore=mirror */
7556         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7557                 mirrored_kernelcore = true;
7558                 return 0;
7559         }
7560
7561         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7562                                   &required_kernelcore_percent);
7563 }
7564
7565 /*
7566  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7567  * can be reclaimed or migrated.
7568  */
7569 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7570 {
7571         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7572                                   &required_movablecore_percent);
7573 }
7574
7575 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7576 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7577
7578 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7579
7580 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7581 {
7582         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7583         totalram_pages_add(count);
7584 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7585         if (PageHighMem(page))
7586                 totalhigh_pages_add(count);
7587 #endif
7588 }
7589 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7590
7591 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7592 {
7593         void *pos;
7594         unsigned long pages = 0;
7595
7596         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7597         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7598         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7599                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7600                 void *direct_map_addr;
7601
7602                 /*
7603                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7604                  * because some architectures' virt_to_page()
7605                  * work with aliases.  Getting the direct map
7606                  * address ensures that we get a _writeable_
7607                  * alias for the memset().
7608                  */
7609                 direct_map_addr = page_address(page);
7610                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7611                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7612
7613                 free_reserved_page(page);
7614         }
7615
7616         if (pages && s)
7617                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7618                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7619
7620         return pages;
7621 }
7622
7623 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7624 void free_highmem_page(struct page *page)
7625 {
7626         __free_reserved_page(page);
7627         totalram_pages_inc();
7628         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7629         totalhigh_pages_inc();
7630 }
7631 #endif
7632
7633
7634 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7635 {
7636         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7637         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7638
7639         physpages = get_num_physpages();
7640         codesize = _etext - _stext;
7641         datasize = _edata - _sdata;
7642         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7643         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7644         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7645         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7646
7647         /*
7648          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7649          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7650          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7651          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7652          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7653          */
7654 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7655         do { \
7656                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7657                         size -= adj; \
7658         } while (0)
7659
7660         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7661                      _sinittext, init_code_size);
7662         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7663         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7664         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7665         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7666
7667 #undef  adj_init_size
7668
7669         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7670 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7671                 ", %luK highmem"
7672 #endif
7673                 "%s%s)\n",
7674                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7675                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7676                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7677                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7678                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7679                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7680 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7681                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7682 #endif
7683                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7684 }
7685
7686 /**
7687  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7688  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7689  *
7690  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7691  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7692  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7693  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7694  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7695  * smaller per-cpu batchsize.
7696  */
7697 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7698 {
7699         dma_reserve = new_dma_reserve;
7700 }
7701
7702 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7703 {
7704         init_unavailable_mem();
7705         free_area_init_node(0, zones_size,
7706                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7707 }
7708
7709 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7710 {
7711
7712         lru_add_drain_cpu(cpu);
7713         drain_pages(cpu);
7714
7715         /*
7716          * Spill the event counters of the dead processor
7717          * into the current processors event counters.
7718          * This artificially elevates the count of the current
7719          * processor.
7720          */
7721         vm_events_fold_cpu(cpu);
7722
7723         /*
7724          * Zero the differential counters of the dead processor
7725          * so that the vm statistics are consistent.
7726          *
7727          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7728          * race with what we are doing.
7729          */
7730         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7731         return 0;
7732 }
7733
7734 #ifdef CONFIG_NUMA
7735 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7736
7737 static int __init set_hashdist(char *str)
7738 {
7739         if (!str)
7740                 return 0;
7741         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7742         return 1;
7743 }
7744 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7745 #endif
7746
7747 void __init page_alloc_init(void)
7748 {
7749         int ret;
7750
7751 #ifdef CONFIG_NUMA
7752         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7753                 hashdist = 0;
7754 #endif
7755
7756         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7757                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7758                                         page_alloc_cpu_dead);
7759         WARN_ON(ret < 0);
7760 }
7761
7762 /*
7763  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7764  *      or min_free_kbytes changes.
7765  */
7766 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7767 {
7768         struct pglist_data *pgdat;
7769         unsigned long reserve_pages = 0;
7770         enum zone_type i, j;
7771
7772         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7773
7774                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7775
7776                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7777                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7778                         long max = 0;
7779                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7780
7781                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7782                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7783                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7784                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7785                         }
7786
7787                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7788                         max += high_wmark_pages(zone);
7789
7790                         if (max > managed_pages)
7791                                 max = managed_pages;
7792
7793                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7794
7795                         reserve_pages += max;
7796                 }
7797         }
7798         totalreserve_pages = reserve_pages;
7799 }
7800
7801 /*
7802  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7803  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7804  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7805  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7806  */
7807 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7808 {
7809         struct pglist_data *pgdat;
7810         enum zone_type j, idx;
7811
7812         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7813                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7814                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7815                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7816
7817                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7818
7819                         idx = j;
7820                         while (idx) {
7821                                 struct zone *lower_zone;
7822
7823                                 idx--;
7824                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7825
7826                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7827                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7828                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7829                                 } else {
7830                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7831                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7832                                 }
7833                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7834                         }
7835                 }
7836         }
7837
7838         /* update totalreserve_pages */
7839         calculate_totalreserve_pages();
7840 }
7841
7842 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7843 {
7844         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7845         unsigned long lowmem_pages = 0;
7846         struct zone *zone;
7847         unsigned long flags;
7848
7849         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7850         for_each_zone(zone) {
7851                 if (!is_highmem(zone))
7852                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7853         }
7854
7855         for_each_zone(zone) {
7856                 u64 tmp;
7857
7858                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7859                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7860                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7861                 if (is_highmem(zone)) {
7862                         /*
7863                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7864                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7865                          * value here.
7866                          *
7867                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7868                          * deltas control async page reclaim, and so should
7869                          * not be capped for highmem.
7870                          */
7871                         unsigned long min_pages;
7872
7873                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7874                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7875                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7876                 } else {
7877                         /*
7878                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7879                          * proportionate to the zone's size.
7880                          */
7881                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7882                 }
7883
7884                 /*
7885                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7886                  * scale factor in proportion to available memory, but
7887                  * ensure a minimum size on small systems.
7888                  */
7889                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7890                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7891                                       watermark_scale_factor, 10000));
7892
7893                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7894                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7895                 zone->watermark_boost = 0;
7896
7897                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7898         }
7899
7900         /* update totalreserve_pages */
7901         calculate_totalreserve_pages();
7902 }
7903
7904 /**
7905  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7906  * or when memory is hot-{added|removed}
7907  *
7908  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7909  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7910  */
7911 void setup_per_zone_wmarks(void)
7912 {
7913         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7914
7915         spin_lock(&lock);
7916         __setup_per_zone_wmarks();
7917         spin_unlock(&lock);
7918 }
7919
7920 /*
7921  * Initialise min_free_kbytes.
7922  *
7923  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7924  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7925  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7926  *
7927  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7928  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7929  *
7930  * which yields
7931  *
7932  * 16MB:        512k
7933  * 32MB:        724k
7934  * 64MB:        1024k
7935  * 128MB:       1448k
7936  * 256MB:       2048k
7937  * 512MB:       2896k
7938  * 1024MB:      4096k
7939  * 2048MB:      5792k
7940  * 4096MB:      8192k
7941  * 8192MB:      11584k
7942  * 16384MB:     16384k
7943  */
7944 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7945 {
7946         unsigned long lowmem_kbytes;
7947         int new_min_free_kbytes;
7948
7949         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7950         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7951
7952         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7953                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7954                 if (min_free_kbytes < 128)
7955                         min_free_kbytes = 128;
7956                 if (min_free_kbytes > 262144)
7957                         min_free_kbytes = 262144;
7958         } else {
7959                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7960                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7961         }
7962         setup_per_zone_wmarks();
7963         refresh_zone_stat_thresholds();
7964         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7965
7966 #ifdef CONFIG_NUMA
7967         setup_min_unmapped_ratio();
7968         setup_min_slab_ratio();
7969 #endif
7970
7971         return 0;
7972 }
7973 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7974
7975 /*
7976  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7977  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7978  *      changes.
7979  */
7980 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7981         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7982 {
7983         int rc;
7984
7985         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7986         if (rc)
7987                 return rc;
7988
7989         if (write) {
7990                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7991                 setup_per_zone_wmarks();
7992         }
7993         return 0;
7994 }
7995
7996 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7997         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7998 {
7999         int rc;
8000
8001         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8002         if (rc)
8003                 return rc;
8004
8005         return 0;
8006 }
8007
8008 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8009         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8010 {
8011         int rc;
8012
8013         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8014         if (rc)
8015                 return rc;
8016
8017         if (write)
8018                 setup_per_zone_wmarks();
8019
8020         return 0;
8021 }
8022
8023 #ifdef CONFIG_NUMA
8024 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8025 {
8026         pg_data_t *pgdat;
8027         struct zone *zone;
8028
8029         for_each_online_pgdat(pgdat)
8030                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8031
8032         for_each_zone(zone)
8033                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8034                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8035 }
8036
8037
8038 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8039         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8040 {
8041         int rc;
8042
8043         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8044         if (rc)
8045                 return rc;
8046
8047         setup_min_unmapped_ratio();
8048
8049         return 0;
8050 }
8051
8052 static void setup_min_slab_ratio(void)
8053 {
8054         pg_data_t *pgdat;
8055         struct zone *zone;
8056
8057         for_each_online_pgdat(pgdat)
8058                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8059
8060         for_each_zone(zone)
8061                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8062                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8063 }
8064
8065 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8066         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8067 {
8068         int rc;
8069
8070         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8071         if (rc)
8072                 return rc;
8073
8074         setup_min_slab_ratio();
8075
8076         return 0;
8077 }
8078 #endif
8079
8080 /*
8081  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8082  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8083  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8084  *
8085  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8086  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8087  * if in function of the boot time zone sizes.
8088  */
8089 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8090         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8091 {
8092         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8093         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8094         return 0;
8095 }
8096
8097 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8098 {
8099         unsigned int cpu;
8100
8101         for_each_possible_cpu(cpu)
8102                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8103                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8104 }
8105
8106 /*
8107  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8108  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8109  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8110  */
8111 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8112         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8113 {
8114         struct zone *zone;
8115         int old_percpu_pagelist_fraction;
8116         int ret;
8117
8118         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8119         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8120
8121         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8122         if (!write || ret < 0)
8123                 goto out;
8124
8125         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8126         if (percpu_pagelist_fraction &&
8127             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8128                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8129                 ret = -EINVAL;
8130                 goto out;
8131         }
8132
8133         /* No change? */
8134         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8135                 goto out;
8136
8137         for_each_populated_zone(zone)
8138                 __zone_pcp_update(zone);
8139 out:
8140         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8141         return ret;
8142 }
8143
8144 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8145 /*
8146  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8147  * is not known to alloc_large_system_hash().
8148  */
8149 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8150 {
8151         return 0;
8152 }
8153 #endif
8154
8155 /*
8156  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8157  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8158  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8159  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8160  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8161  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8162  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8163  */
8164 #if __BITS_PER_LONG > 32
8165 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8166 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8167 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8168 #endif
8169
8170 /*
8171  * allocate a large system hash table from bootmem
8172  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8173  *   quantity of entries
8174  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8175  */
8176 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8177                                      unsigned long bucketsize,
8178                                      unsigned long numentries,
8179                                      int scale,
8180                                      int flags,
8181                                      unsigned int *_hash_shift,
8182                                      unsigned int *_hash_mask,
8183                                      unsigned long low_limit,
8184                                      unsigned long high_limit)
8185 {
8186         unsigned long long max = high_limit;
8187         unsigned long log2qty, size;
8188         void *table = NULL;
8189         gfp_t gfp_flags;
8190         bool virt;
8191
8192         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8193         if (!numentries) {
8194                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8195                 numentries = nr_kernel_pages;
8196                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8197
8198                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8199                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8200                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8201
8202 #if __BITS_PER_LONG > 32
8203                 if (!high_limit) {
8204                         unsigned long adapt;
8205
8206                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8207                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8208                                 scale++;
8209                 }
8210 #endif
8211
8212                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8213                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8214                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8215                 else
8216                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8217
8218                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8219                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8220                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8221                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8222                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8223                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8224                                 BUG_ON(!numentries);
8225                         }
8226                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8227                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8228         }
8229         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8230
8231         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8232         if (max == 0) {
8233                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8234                 do_div(max, bucketsize);
8235         }
8236         max = min(max, 0x80000000ULL);
8237
8238         if (numentries < low_limit)
8239                 numentries = low_limit;
8240         if (numentries > max)
8241                 numentries = max;
8242
8243         log2qty = ilog2(numentries);
8244
8245         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8246         do {
8247                 virt = false;
8248                 size = bucketsize << log2qty;
8249                 if (flags & HASH_EARLY) {
8250                         if (flags & HASH_ZERO)
8251                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8252                         else
8253                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8254                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8255                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8256                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8257                         virt = true;
8258                 } else {
8259                         /*
8260                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8261                          * some pages at the end of hash table which
8262                          * alloc_pages_exact() automatically does
8263                          */
8264                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8265                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8266                 }
8267         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8268
8269         if (!table)
8270                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8271
8272         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8273                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8274                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8275
8276         if (_hash_shift)
8277                 *_hash_shift = log2qty;
8278         if (_hash_mask)
8279                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8280
8281         return table;
8282 }
8283
8284 /*
8285  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8286  *
8287  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8288  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8289  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8290  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8291  *
8292  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8293  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8294  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8295  *
8296  */
8297 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8298                                  int migratetype, int flags)
8299 {
8300         unsigned long iter = 0;
8301         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8302
8303         /*
8304          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8305          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8306          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8307          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8308          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8309          */
8310
8311         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8312                 /*
8313                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8314                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8315                  * so consider them movable here.
8316                  */
8317                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8318                         return NULL;
8319
8320                 return page;
8321         }
8322
8323         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8324                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8325                         continue;
8326
8327                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8328
8329                 if (PageReserved(page))
8330                         return page;
8331
8332                 /*
8333                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8334                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8335                  * is movable.
8336                  */
8337                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8338                         continue;
8339
8340                 /*
8341                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8342                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8343                  * We need not scan over tail pages because we don't
8344                  * handle each tail page individually in migration.
8345                  */
8346                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8347                         struct page *head = compound_head(page);
8348                         unsigned int skip_pages;
8349
8350                         if (PageHuge(page)) {
8351                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8352                                         return page;
8353                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8354                                 return page;
8355                         }
8356
8357                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8358                         iter += skip_pages - 1;
8359                         continue;
8360                 }
8361
8362                 /*
8363                  * We can't use page_count without pin a page
8364                  * because another CPU can free compound page.
8365                  * This check already skips compound tails of THP
8366                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8367                  */
8368                 if (!page_ref_count(page)) {
8369                         if (PageBuddy(page))
8370                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8371                         continue;
8372                 }
8373
8374                 /*
8375                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8376                  * page_count() is not 0.
8377                  */
8378                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8379                         continue;
8380
8381                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8382                         continue;
8383
8384                 /*
8385                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8386                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8387                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8388                  */
8389                 /*
8390                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8391                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8392                  *
8393                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8394                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8395                  * page at boot.
8396                  */
8397                 return page;
8398         }
8399         return NULL;
8400 }
8401
8402 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8403 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8404 {
8405         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8406                              pageblock_nr_pages) - 1);
8407 }
8408
8409 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8410 {
8411         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8412                                 pageblock_nr_pages));
8413 }
8414
8415 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8416 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8417                                         unsigned long start, unsigned long end)
8418 {
8419         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8420         unsigned long nr_reclaimed;
8421         unsigned long pfn = start;
8422         unsigned int tries = 0;
8423         int ret = 0;
8424
8425         migrate_prep();
8426
8427         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8428                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8429                         ret = -EINTR;
8430                         break;
8431                 }
8432
8433                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8434                         cc->nr_migratepages = 0;
8435                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8436                         if (!pfn) {
8437                                 ret = -EINTR;
8438                                 break;
8439                         }
8440                         tries = 0;
8441                 } else if (++tries == 5) {
8442                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8443                         break;
8444                 }
8445
8446                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8447                                                         &cc->migratepages);
8448                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8449
8450                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8451                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8452         }
8453         if (ret < 0) {
8454                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8455                 return ret;
8456         }
8457         return 0;
8458 }
8459
8460 /**
8461  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8462  * @start:      start PFN to allocate
8463  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8464  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8465  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8466  *                      in range must have the same migratetype and it must
8467  *                      be either of the two.
8468  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8469  *
8470  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8471  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8472  *
8473  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8474  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8475  * be modified by others.
8476  *
8477  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8478  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8479  * need to be freed with free_contig_range().
8480  */
8481 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8482                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8483 {
8484         unsigned long outer_start, outer_end;
8485         unsigned int order;
8486         int ret = 0;
8487
8488         struct compact_control cc = {
8489                 .nr_migratepages = 0,
8490                 .order = -1,
8491                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8492                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8493                 .ignore_skip_hint = true,
8494                 .no_set_skip_hint = true,
8495                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8496                 .alloc_contig = true,
8497         };
8498         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8499
8500         /*
8501          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8502          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8503          * have different sizes, and due to the way page allocator
8504          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8505          * that page allocator won't try to merge buddies from
8506          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8507          * other migration type.
8508          *
8509          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8510          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8511          * we are interested in).  This will put all the pages in
8512          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8513          *
8514          * When this is done, we take the pages in range from page
8515          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8516          * page allocator will never consider using them.
8517          *
8518          * This lets us mark the pageblocks back as
8519          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8520          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8521          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8522          */
8523
8524         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8525                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8526         if (ret < 0)
8527                 return ret;
8528
8529         /*
8530          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8531          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8532          * which will report the busy page.
8533          *
8534          * It is possible that busy pages could become available before
8535          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8536          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8537          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8538          */
8539         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8540         if (ret && ret != -EBUSY)
8541                 goto done;
8542         ret =0;
8543
8544         /*
8545          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8546          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8547          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8548          * What we are going to do is to allocate all pages from
8549          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8550          *
8551          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8552          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8553          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8554          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8555          * once this is done free the pages we are not interested in.
8556          *
8557          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8558          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8559          */
8560
8561         lru_add_drain_all();
8562
8563         order = 0;
8564         outer_start = start;
8565         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8566                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8567                         outer_start = start;
8568                         break;
8569                 }
8570                 outer_start &= ~0UL << order;
8571         }
8572
8573         if (outer_start != start) {
8574                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8575
8576                 /*
8577                  * outer_start page could be small order buddy page and
8578                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8579                  * in this case to report failed page properly
8580                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8581                  */
8582                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8583                         outer_start = start;
8584         }
8585
8586         /* Make sure the range is really isolated. */
8587         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8588                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8589                         __func__, outer_start, end);
8590                 ret = -EBUSY;
8591                 goto done;
8592         }
8593
8594         /* Grab isolated pages from freelists. */
8595         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8596         if (!outer_end) {
8597                 ret = -EBUSY;
8598                 goto done;
8599         }
8600
8601         /* Free head and tail (if any) */
8602         if (start != outer_start)
8603                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8604         if (end != outer_end)
8605                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8606
8607 done:
8608         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8609                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8610         return ret;
8611 }
8612
8613 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8614                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8615 {
8616         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8617
8618         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8619                                   gfp_mask);
8620 }
8621
8622 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8623                                    unsigned long nr_pages)
8624 {
8625         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8626         struct page *page;
8627
8628         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8629                 page = pfn_to_online_page(i);
8630                 if (!page)
8631                         return false;
8632
8633                 if (page_zone(page) != z)
8634                         return false;
8635
8636                 if (PageReserved(page))
8637                         return false;
8638
8639                 if (page_count(page) > 0)
8640                         return false;
8641
8642                 if (PageHuge(page))
8643                         return false;
8644         }
8645         return true;
8646 }
8647
8648 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8649                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8650 {
8651         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8652
8653         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8654 }
8655
8656 /**
8657  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8658  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8659  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8660  * @nid:        Target node
8661  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8662  *
8663  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8664  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8665  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8666  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8667  *
8668  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8669  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8670  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8671  *
8672  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8673  * __free_page() on each allocated page.
8674  *
8675  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8676  */
8677 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8678                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8679 {
8680         unsigned long ret, pfn, flags;
8681         struct zonelist *zonelist;
8682         struct zone *zone;
8683         struct zoneref *z;
8684
8685         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8686         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8687                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8688                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8689
8690                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8691                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8692                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8693                                 /*
8694                                  * We release the zone lock here because
8695                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8696                                  * at some point. If there's an allocation
8697                                  * spinning on this lock, it may win the race
8698                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8699                                  */
8700                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8701                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8702                                                         gfp_mask);
8703                                 if (!ret)
8704                                         return pfn_to_page(pfn);
8705                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8706                         }
8707                         pfn += nr_pages;
8708                 }
8709                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8710         }
8711         return NULL;
8712 }
8713 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8714
8715 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8716 {
8717         unsigned int count = 0;
8718
8719         for (; nr_pages--; pfn++) {
8720                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8721
8722                 count += page_count(page) != 1;
8723                 __free_page(page);
8724         }
8725         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8726 }
8727
8728 /*
8729  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8730  * page high values need to be recalulated.
8731  */
8732 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8733 {
8734         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8735         __zone_pcp_update(zone);
8736         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8737 }
8738
8739 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8740 {
8741         unsigned long flags;
8742         int cpu;
8743         struct per_cpu_pageset *pset;
8744
8745         /* avoid races with drain_pages()  */
8746         local_irq_save(flags);
8747         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8748                 for_each_online_cpu(cpu) {
8749                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8750                         drain_zonestat(zone, pset);
8751                 }
8752                 free_percpu(zone->pageset);
8753                 zone->pageset = &boot_pageset;
8754         }
8755         local_irq_restore(flags);
8756 }
8757
8758 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8759 /*
8760  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8761  * before calling this.
8762  */
8763 unsigned long
8764 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8765 {
8766         struct page *page;
8767         struct zone *zone;
8768         unsigned int order;
8769         unsigned long pfn;
8770         unsigned long flags;
8771         unsigned long offlined_pages = 0;
8772
8773         /* find the first valid pfn */
8774         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8775                 if (pfn_valid(pfn))
8776                         break;
8777         if (pfn == end_pfn)
8778                 return offlined_pages;
8779
8780         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8781         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8782         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8783         pfn = start_pfn;
8784         while (pfn < end_pfn) {
8785                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8786                         pfn++;
8787                         continue;
8788                 }
8789                 page = pfn_to_page(pfn);
8790                 /*
8791                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8792                  * page_count() is not 0.
8793                  */
8794                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8795                         pfn++;
8796                         offlined_pages++;
8797                         continue;
8798                 }
8799
8800                 BUG_ON(page_count(page));
8801                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8802                 order = page_order(page);
8803                 offlined_pages += 1 << order;
8804                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8805                 pfn += (1 << order);
8806         }
8807         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8808
8809         return offlined_pages;
8810 }
8811 #endif
8812
8813 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8814 {
8815         struct zone *zone = page_zone(page);
8816         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8817         unsigned long flags;
8818         unsigned int order;
8819
8820         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8821         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8822                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8823
8824                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8825                         break;
8826         }
8827         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8828
8829         return order < MAX_ORDER;
8830 }
8831
8832 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8833 /*
8834  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8835  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8836  * allocation.
8837  */
8838 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8839 {
8840         struct zone *zone = page_zone(page);
8841         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8842         unsigned long flags;
8843         unsigned int order;
8844         bool hwpoisoned = false;
8845
8846         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8847         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8848                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8849
8850                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8851                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8852                                 hwpoisoned = true;
8853                         break;
8854                 }
8855         }
8856         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8857
8858         return hwpoisoned;
8859 }
8860 #endif