thp, khugepaged: skip retracting page table if a 64KB hugepage mapping is already...
[platform/kernel/linux-rpi.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 #include <linux/padata.h>
72 #include <linux/khugepaged.h>
73
74 #include <asm/sections.h>
75 #include <asm/tlbflush.h>
76 #include <asm/div64.h>
77 #include "internal.h"
78 #include "shuffle.h"
79 #include "page_reporting.h"
80
81 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
82 typedef int __bitwise fpi_t;
83
84 /* No special request */
85 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
86
87 /*
88  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
89  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
90  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
91  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
92  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
93  * putting it back unmodified.
94  */
95 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
96
97 /*
98  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
99  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
100  * shuffle the whole zone).
101  *
102  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
103  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
104  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
105  *       reporting).
106  */
107 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
108
109 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
110 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
111 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
112
113 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
114 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
115 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
116 #endif
117
118 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
119
120 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
121 /*
122  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
123  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
124  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
125  * defined in <linux/topology.h>.
126  */
127 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
128 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
129 #endif
130
131 /* work_structs for global per-cpu drains */
132 struct pcpu_drain {
133         struct zone *zone;
134         struct work_struct work;
135 };
136 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
137 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
138
139 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
140 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
141 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
142 #endif
143
144 /*
145  * Array of node states.
146  */
147 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
148         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
149         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
150 #ifndef CONFIG_NUMA
151         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
152 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
153         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
154 #endif
155         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
156         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
157 #endif  /* NUMA */
158 };
159 EXPORT_SYMBOL(node_states);
160
161 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
162 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
163 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
164 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
165
166 int percpu_pagelist_fraction;
167 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
168 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
169 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
170 #else
171 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
172 #endif
173 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
174
175 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
176 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
177 #else
178 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
179 #endif
180 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
181
182 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
183 {
184         int ret;
185         bool bool_result;
186
187         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
188         if (ret)
189                 return ret;
190         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
191                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
192         if (bool_result)
193                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
194         else
195                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
196         return 0;
197 }
198 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
199
200 static int __init early_init_on_free(char *buf)
201 {
202         int ret;
203         bool bool_result;
204
205         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
206         if (ret)
207                 return ret;
208         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
209                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
210         if (bool_result)
211                 static_branch_enable(&init_on_free);
212         else
213                 static_branch_disable(&init_on_free);
214         return 0;
215 }
216 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
217
218 /*
219  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
220  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
221  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
222  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
223  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
224  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
225  */
226 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
227 {
228         return page->index;
229 }
230
231 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
232 {
233         page->index = migratetype;
234 }
235
236 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
237 /*
238  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
239  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
240  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
241  * they should always be called with system_transition_mutex held
242  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
243  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
244  * with that modification).
245  */
246
247 static gfp_t saved_gfp_mask;
248
249 void pm_restore_gfp_mask(void)
250 {
251         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
252         if (saved_gfp_mask) {
253                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
254                 saved_gfp_mask = 0;
255         }
256 }
257
258 void pm_restrict_gfp_mask(void)
259 {
260         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
261         WARN_ON(saved_gfp_mask);
262         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
263         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
264 }
265
266 bool pm_suspended_storage(void)
267 {
268         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
269                 return false;
270         return true;
271 }
272 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
273
274 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
275 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
276 #endif
277
278 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
279                             fpi_t fpi_flags);
280
281 /*
282  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
283  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
284  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
285  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
286  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
287  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
288  *
289  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
290  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
291  */
292 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
293 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
294         [ZONE_DMA] = 256,
295 #endif
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
297         [ZONE_DMA32] = 256,
298 #endif
299         [ZONE_NORMAL] = 32,
300 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
301         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
302 #endif
303         [ZONE_MOVABLE] = 0,
304 };
305
306 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
307 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
308          "DMA",
309 #endif
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
311          "DMA32",
312 #endif
313          "Normal",
314 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
315          "HighMem",
316 #endif
317          "Movable",
318 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
319          "Device",
320 #endif
321 };
322
323 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
324         "Unmovable",
325         "Movable",
326         "Reclaimable",
327         "HighAtomic",
328 #ifdef CONFIG_CMA
329         "CMA",
330 #endif
331 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
332         "Isolate",
333 #endif
334 };
335
336 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
337         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
338         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
339 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
340         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
341 #endif
342 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
343         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
344 #endif
345 };
346
347 int min_free_kbytes = 1024;
348 int user_min_free_kbytes = -1;
349 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
350 /*
351  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
352  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
353  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
354  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
355  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
356  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
357  * fragmentation avoidance.
358  */
359 int watermark_boost_factor __read_mostly;
360 #else
361 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
362 #endif
363 int watermark_scale_factor = 10;
364
365 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
366 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
367 static unsigned long dma_reserve __initdata;
368
369 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
370 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
371 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
372 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
373 static unsigned long required_movablecore __initdata;
374 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
375 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
376 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
377
378 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
379 int movable_zone;
380 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
381
382 #if MAX_NUMNODES > 1
383 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
384 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
385 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
386 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
387 #endif
388
389 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
390
391 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
392 /*
393  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
394  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
395  * and we can permanently disable that path.
396  */
397 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
398
399 /*
400  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
401  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
402  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
403  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
404  *
405  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
406  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
407  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
408  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
409  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
410  * initialization is done, but this is not likely to happen.
411  */
412 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
413 {
414         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
415                 kasan_free_pages(page, order);
416 }
417
418 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
419 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
420 {
421         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
422
423         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
424                 return true;
425
426         return false;
427 }
428
429 /*
430  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
431  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
432  */
433 static bool __meminit
434 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
435 {
436         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
437
438         /*
439          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
440          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
441          */
442         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
443                 prev_end_pfn = end_pfn;
444                 nr_initialised = 0;
445         }
446
447         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
448         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
449                 return false;
450
451         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
452                 return true;
453         /*
454          * We start only with one section of pages, more pages are added as
455          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
456          */
457         nr_initialised++;
458         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
459             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
460                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
461                 return true;
462         }
463         return false;
464 }
465 #else
466 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
467
468 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
469 {
470         return false;
471 }
472
473 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
474 {
475         return false;
476 }
477 #endif
478
479 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
480 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
481                                                         unsigned long pfn)
482 {
483 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
484         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
485 #else
486         return page_zone(page)->pageblock_flags;
487 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
488 }
489
490 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
491 {
492 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
493         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
494 #else
495         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
496 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
497         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
498 }
499
500 /**
501  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
502  * @page: The page within the block of interest
503  * @pfn: The target page frame number
504  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
505  *
506  * Return: pageblock_bits flags
507  */
508 static __always_inline
509 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
510                                         unsigned long pfn,
511                                         unsigned long mask)
512 {
513         unsigned long *bitmap;
514         unsigned long bitidx, word_bitidx;
515         unsigned long word;
516
517         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
518         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
519         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
520         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
521
522         word = bitmap[word_bitidx];
523         return (word >> bitidx) & mask;
524 }
525
526 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
527                                         unsigned long mask)
528 {
529         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
530 }
531
532 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
533 {
534         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
535 }
536
537 /**
538  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
539  * @page: The page within the block of interest
540  * @flags: The flags to set
541  * @pfn: The target page frame number
542  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
543  */
544 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
545                                         unsigned long pfn,
546                                         unsigned long mask)
547 {
548         unsigned long *bitmap;
549         unsigned long bitidx, word_bitidx;
550         unsigned long old_word, word;
551
552         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
553         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
554
555         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
556         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
557         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
558         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
559
560         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
561
562         mask <<= bitidx;
563         flags <<= bitidx;
564
565         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
566         for (;;) {
567                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
568                 if (word == old_word)
569                         break;
570                 word = old_word;
571         }
572 }
573
574 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
575 {
576         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
577                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
578                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
579
580         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
581                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
582 }
583
584 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
585 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
586 {
587         int ret = 0;
588         unsigned seq;
589         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
590         unsigned long sp, start_pfn;
591
592         do {
593                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
594                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
595                 sp = zone->spanned_pages;
596                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
597                         ret = 1;
598         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
599
600         if (ret)
601                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
602                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
603                         start_pfn, start_pfn + sp);
604
605         return ret;
606 }
607
608 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
609 {
610         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
611                 return 0;
612         if (zone != page_zone(page))
613                 return 0;
614
615         return 1;
616 }
617 /*
618  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
619  */
620 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
621 {
622         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
623                 return 1;
624         if (!page_is_consistent(zone, page))
625                 return 1;
626
627         return 0;
628 }
629 #else
630 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
631 {
632         return 0;
633 }
634 #endif
635
636 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
637 {
638         static unsigned long resume;
639         static unsigned long nr_shown;
640         static unsigned long nr_unshown;
641
642         /*
643          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
644          * or allow a steady drip of one report per second.
645          */
646         if (nr_shown == 60) {
647                 if (time_before(jiffies, resume)) {
648                         nr_unshown++;
649                         goto out;
650                 }
651                 if (nr_unshown) {
652                         pr_alert(
653                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
654                                 nr_unshown);
655                         nr_unshown = 0;
656                 }
657                 nr_shown = 0;
658         }
659         if (nr_shown++ == 0)
660                 resume = jiffies + 60 * HZ;
661
662         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
663                 current->comm, page_to_pfn(page));
664         __dump_page(page, reason);
665         dump_page_owner(page);
666
667         print_modules();
668         dump_stack();
669 out:
670         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
671         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
672         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
673 }
674
675 /*
676  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
677  *
678  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
679  *
680  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
681  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
682  *
683  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
684  * page destructors. See compound_page_dtors.
685  *
686  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
687  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
688  */
689
690 void free_compound_page(struct page *page)
691 {
692         mem_cgroup_uncharge(page);
693         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
694 }
695
696 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
697 {
698         int i;
699         int nr_pages = 1 << order;
700
701         __SetPageHead(page);
702         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
703                 struct page *p = page + i;
704                 set_page_count(p, 0);
705                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
706                 set_compound_head(p, page);
707         }
708
709         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
710         set_compound_order(page, order);
711         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
712         if (hpage_pincount_available(page))
713                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
714 }
715
716 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
717 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
718
719 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
720                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
721 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
722 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
723 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
724
725 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
726
727 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
728 {
729         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
730 }
731 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
732
733 void init_debug_pagealloc(void)
734 {
735         if (!debug_pagealloc_enabled())
736                 return;
737
738         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
739
740         if (!debug_guardpage_minorder())
741                 return;
742
743         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
744 }
745
746 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
747 {
748         unsigned long res;
749
750         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
751                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
752                 return 0;
753         }
754         _debug_guardpage_minorder = res;
755         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
756         return 0;
757 }
758 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
759
760 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
761                                 unsigned int order, int migratetype)
762 {
763         if (!debug_guardpage_enabled())
764                 return false;
765
766         if (order >= debug_guardpage_minorder())
767                 return false;
768
769         __SetPageGuard(page);
770         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
771         set_page_private(page, order);
772         /* Guard pages are not available for any usage */
773         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
774
775         return true;
776 }
777
778 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype)
780 {
781         if (!debug_guardpage_enabled())
782                 return;
783
784         __ClearPageGuard(page);
785
786         set_page_private(page, 0);
787         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
788                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
789 }
790 #else
791 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
792                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
793 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
794                                 unsigned int order, int migratetype) {}
795 #endif
796
797 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
798 {
799         set_page_private(page, order);
800         __SetPageBuddy(page);
801 }
802
803 /*
804  * This function checks whether a page is free && is the buddy
805  * we can coalesce a page and its buddy if
806  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
807  * (b) the buddy is in the buddy system &&
808  * (c) a page and its buddy have the same order &&
809  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
810  *
811  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
812  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
813  *
814  * For recording page's order, we use page_private(page).
815  */
816 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
817                                                         unsigned int order)
818 {
819         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
820                 return false;
821
822         if (buddy_order(buddy) != order)
823                 return false;
824
825         /*
826          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
827          * zone/node ids for pages that could never merge.
828          */
829         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
830                 return false;
831
832         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
833
834         return true;
835 }
836
837 #ifdef CONFIG_COMPACTION
838 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
839 {
840         struct capture_control *capc = current->capture_control;
841
842         return unlikely(capc) &&
843                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
844                 !capc->page &&
845                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
846 }
847
848 static inline bool
849 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
850                    int order, int migratetype)
851 {
852         if (!capc || order != capc->cc->order)
853                 return false;
854
855         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
856         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
857             is_migrate_isolate(migratetype))
858                 return false;
859
860         /*
861          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
862          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
863          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
864          * have trouble finding a high-order free page.
865          */
866         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
867                 return false;
868
869         capc->page = page;
870         return true;
871 }
872
873 #else
874 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
875 {
876         return NULL;
877 }
878
879 static inline bool
880 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
881                    int order, int migratetype)
882 {
883         return false;
884 }
885 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
886
887 /* Used for pages not on another list */
888 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
889                                     unsigned int order, int migratetype)
890 {
891         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
892
893         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
894         area->nr_free++;
895 }
896
897 /* Used for pages not on another list */
898 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
899                                          unsigned int order, int migratetype)
900 {
901         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
902
903         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
904         area->nr_free++;
905 }
906
907 /*
908  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
909  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
910  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
911  */
912 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
913                                      unsigned int order, int migratetype)
914 {
915         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
916
917         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
918 }
919
920 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
921                                            unsigned int order)
922 {
923         /* clear reported state and update reported page count */
924         if (page_reported(page))
925                 __ClearPageReported(page);
926
927         list_del(&page->lru);
928         __ClearPageBuddy(page);
929         set_page_private(page, 0);
930         zone->free_area[order].nr_free--;
931 }
932
933 /*
934  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
935  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
936  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
937  * that is happening, add the free page to the tail of the list
938  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
939  * as a higher order page
940  */
941 static inline bool
942 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
943                    struct page *page, unsigned int order)
944 {
945         struct page *higher_page, *higher_buddy;
946         unsigned long combined_pfn;
947
948         if (order >= MAX_ORDER - 2)
949                 return false;
950
951         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
952                 return false;
953
954         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
955         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
956         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
957         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
958
959         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
960                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
961 }
962
963 /*
964  * Freeing function for a buddy system allocator.
965  *
966  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
967  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
968  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
969  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
970  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
971  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
972  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
973  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
974  * parts of the VM system.
975  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
976  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
977  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
978  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
979  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
980  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
981  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
982  * triggers coalescing into a block of larger size.
983  *
984  * -- nyc
985  */
986
987 static inline void __free_one_page(struct page *page,
988                 unsigned long pfn,
989                 struct zone *zone, unsigned int order,
990                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
991 {
992         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
993         unsigned long buddy_pfn;
994         unsigned long combined_pfn;
995         unsigned int max_order;
996         struct page *buddy;
997         bool to_tail;
998
999         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
1000
1001         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1002         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1003
1004         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1005         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1006                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1007
1008         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1009         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1010
1011 continue_merging:
1012         while (order < max_order - 1) {
1013                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1014                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1015                                                                 migratetype);
1016                         return;
1017                 }
1018                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1019                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1020
1021                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1022                         goto done_merging;
1023                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1024                         goto done_merging;
1025                 /*
1026                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1027                  * merge with it and move up one order.
1028                  */
1029                 if (page_is_guard(buddy))
1030                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1031                 else
1032                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1033                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1034                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1035                 pfn = combined_pfn;
1036                 order++;
1037         }
1038         if (max_order < MAX_ORDER) {
1039                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1040                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1041                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1042                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1043                  *
1044                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1045                  * low-order merging.
1046                  */
1047                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1048                         int buddy_mt;
1049
1050                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1051                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1052                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1053
1054                         if (migratetype != buddy_mt
1055                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1056                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1057                                 goto done_merging;
1058                 }
1059                 max_order++;
1060                 goto continue_merging;
1061         }
1062
1063 done_merging:
1064         set_buddy_order(page, order);
1065
1066         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1067                 to_tail = true;
1068         else if (is_shuffle_order(order))
1069                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1070         else
1071                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1072
1073         if (to_tail)
1074                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1075         else
1076                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1077
1078         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1079         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1080                 page_reporting_notify_free(order);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1085  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1086  * check if necessary.
1087  */
1088 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1089                                         unsigned long check_flags)
1090 {
1091         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1092                 return false;
1093
1094         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1095                         page_ref_count(page) |
1096 #ifdef CONFIG_MEMCG
1097                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1098 #endif
1099                         (page->flags & check_flags)))
1100                 return false;
1101
1102         return true;
1103 }
1104
1105 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1106 {
1107         const char *bad_reason = NULL;
1108
1109         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1110                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1111         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1112                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1113         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1114                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1115         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1116                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1117                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1118                 else
1119                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1120         }
1121 #ifdef CONFIG_MEMCG
1122         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1123                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1124 #endif
1125         return bad_reason;
1126 }
1127
1128 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1129 {
1130         bad_page(page,
1131                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1132 }
1133
1134 static inline int check_free_page(struct page *page)
1135 {
1136         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1137                 return 0;
1138
1139         /* Something has gone sideways, find it */
1140         check_free_page_bad(page);
1141         return 1;
1142 }
1143
1144 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1145 {
1146         int ret = 1;
1147
1148         /*
1149          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1150          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1151          */
1152         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1153
1154         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1155                 ret = 0;
1156                 goto out;
1157         }
1158         switch (page - head_page) {
1159         case 1:
1160                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1161                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1162                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1163                         goto out;
1164                 }
1165                 break;
1166         case 2:
1167                 /*
1168                  * the second tail page: ->mapping is
1169                  * deferred_list.next -- ignore value.
1170                  */
1171                 break;
1172         default:
1173                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1174                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1175                         goto out;
1176                 }
1177                 break;
1178         }
1179         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1180                 bad_page(page, "PageTail not set");
1181                 goto out;
1182         }
1183         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1184                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1185                 goto out;
1186         }
1187         ret = 0;
1188 out:
1189         page->mapping = NULL;
1190         clear_compound_head(page);
1191         return ret;
1192 }
1193
1194 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1195 {
1196         int i;
1197
1198         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1199         kasan_disable_current();
1200         for (i = 0; i < numpages; i++)
1201                 clear_highpage(page + i);
1202         kasan_enable_current();
1203 }
1204
1205 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1206                                         unsigned int order, bool check_free)
1207 {
1208         int bad = 0;
1209
1210         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1211
1212         trace_mm_page_free(page, order);
1213
1214         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1215                 /*
1216                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1217                  * Untie memcg state and reset page's owner
1218                  */
1219                 if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1220                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1221                 reset_page_owner(page, order);
1222                 return false;
1223         }
1224
1225         /*
1226          * Check tail pages before head page information is cleared to
1227          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1228          */
1229         if (unlikely(order)) {
1230                 bool compound = PageCompound(page);
1231                 int i;
1232
1233                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1234
1235                 if (compound)
1236                         ClearPageDoubleMap(page);
1237                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1238                         if (compound)
1239                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1240                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1241                                 bad++;
1242                                 continue;
1243                         }
1244                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1245                 }
1246         }
1247         if (PageMappingFlags(page))
1248                 page->mapping = NULL;
1249         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1250                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1251         if (check_free)
1252                 bad += check_free_page(page);
1253         if (bad)
1254                 return false;
1255
1256         page_cpupid_reset_last(page);
1257         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1258         reset_page_owner(page, order);
1259
1260         if (!PageHighMem(page)) {
1261                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1262                                            PAGE_SIZE << order);
1263                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1264                                            PAGE_SIZE << order);
1265         }
1266         if (want_init_on_free())
1267                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1268
1269         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1270         /*
1271          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1272          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1273          * happen after this.
1274          */
1275         arch_free_page(page, order);
1276
1277         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1278                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1279
1280         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1281
1282         return true;
1283 }
1284
1285 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1286 /*
1287  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1288  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1289  * moved from pcp lists to free lists.
1290  */
1291 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1292 {
1293         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1294 }
1295
1296 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1297 {
1298         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1299                 return check_free_page(page);
1300         else
1301                 return false;
1302 }
1303 #else
1304 /*
1305  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1306  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1307  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1308  * to the pcp lists.
1309  */
1310 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1311 {
1312         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1313                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1314         else
1315                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1316 }
1317
1318 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1319 {
1320         return check_free_page(page);
1321 }
1322 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1323
1324 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1325 {
1326         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1327         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1328         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1329
1330         prefetch(buddy);
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Frees a number of pages from the PCP lists
1335  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1336  * count is the number of pages to free.
1337  *
1338  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1339  * see if this freeing clears that state.
1340  *
1341  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1342  * pinned" detection logic.
1343  */
1344 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1345                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1346 {
1347         int migratetype = 0;
1348         int batch_free = 0;
1349         int prefetch_nr = 0;
1350         bool isolated_pageblocks;
1351         struct page *page, *tmp;
1352         LIST_HEAD(head);
1353
1354         /*
1355          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1356          * below while (list_empty(list)) loop.
1357          */
1358         count = min(pcp->count, count);
1359         while (count) {
1360                 struct list_head *list;
1361
1362                 /*
1363                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1364                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1365                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1366                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1367                  * lists
1368                  */
1369                 do {
1370                         batch_free++;
1371                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1372                                 migratetype = 0;
1373                         list = &pcp->lists[migratetype];
1374                 } while (list_empty(list));
1375
1376                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1377                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1378                         batch_free = count;
1379
1380                 do {
1381                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1382                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1383                         list_del(&page->lru);
1384                         pcp->count--;
1385
1386                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1387                                 continue;
1388
1389                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1390
1391                         /*
1392                          * We are going to put the page back to the global
1393                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1394                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1395                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1396                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1397                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1398                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1399                          */
1400                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1401                                 prefetch_buddy(page);
1402                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1403         }
1404
1405         spin_lock(&zone->lock);
1406         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1407
1408         /*
1409          * Use safe version since after __free_one_page(),
1410          * page->lru.next will not point to original list.
1411          */
1412         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1413                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1414                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1415                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1416                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1417                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1418                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1419
1420                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1421                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1422         }
1423         spin_unlock(&zone->lock);
1424 }
1425
1426 static void free_one_page(struct zone *zone,
1427                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1428                                 unsigned int order,
1429                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1430 {
1431         spin_lock(&zone->lock);
1432         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1433                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1434                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1435         }
1436         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1437         spin_unlock(&zone->lock);
1438 }
1439
1440 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1441                                 unsigned long zone, int nid)
1442 {
1443         mm_zero_struct_page(page);
1444         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1445         init_page_count(page);
1446         page_mapcount_reset(page);
1447         page_cpupid_reset_last(page);
1448         page_kasan_tag_reset(page);
1449
1450         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1451 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1452         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1453         if (!is_highmem_idx(zone))
1454                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1455 #endif
1456 }
1457
1458 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1459 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1460 {
1461         pg_data_t *pgdat;
1462         int nid, zid;
1463
1464         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1465                 return;
1466
1467         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1468         pgdat = NODE_DATA(nid);
1469
1470         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1471                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1472
1473                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1474                         break;
1475         }
1476         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1477 }
1478 #else
1479 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1480 {
1481 }
1482 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1483
1484 /*
1485  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1486  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1487  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1488  * sent to the buddy page allocator.
1489  */
1490 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1491 {
1492         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1493         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1494
1495         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1496                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1497                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1498
1499                         init_reserved_page(start_pfn);
1500
1501                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1502                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1503
1504                         /*
1505                          * no need for atomic set_bit because the struct
1506                          * page is not visible yet so nobody should
1507                          * access it yet.
1508                          */
1509                         __SetPageReserved(page);
1510                 }
1511         }
1512 }
1513
1514 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1515                             fpi_t fpi_flags)
1516 {
1517         unsigned long flags;
1518         int migratetype;
1519         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1520
1521         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1522                 return;
1523
1524         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1525         local_irq_save(flags);
1526         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1527         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1528                       fpi_flags);
1529         local_irq_restore(flags);
1530 }
1531
1532 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1533 {
1534         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1535         struct page *p = page;
1536         unsigned int loop;
1537
1538         /*
1539          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1540          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1541          * refcount of all involved pages to 0.
1542          */
1543         prefetchw(p);
1544         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1545                 prefetchw(p + 1);
1546                 __ClearPageReserved(p);
1547                 set_page_count(p, 0);
1548         }
1549         __ClearPageReserved(p);
1550         set_page_count(p, 0);
1551
1552         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1553
1554         /*
1555          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1556          * relevant for memory onlining.
1557          */
1558         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1559 }
1560
1561 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1562
1563 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1564
1565 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1566
1567 /*
1568  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1569  */
1570 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1571                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1572 {
1573         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1574         int nid;
1575
1576         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1577                 return state->last_nid;
1578
1579         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1580         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1581                 state->last_start = start_pfn;
1582                 state->last_end = end_pfn;
1583                 state->last_nid = nid;
1584         }
1585
1586         return nid;
1587 }
1588 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1589
1590 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1591 {
1592         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1593         int nid;
1594
1595         spin_lock(&early_pfn_lock);
1596         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1597         if (nid < 0)
1598                 nid = first_online_node;
1599         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1600
1601         return nid;
1602 }
1603 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1604
1605 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1606                                                         unsigned int order)
1607 {
1608         if (early_page_uninitialised(pfn))
1609                 return;
1610         __free_pages_core(page, order);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1615  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1616  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1617  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1618  * pageblocks.
1619  *
1620  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1621  *
1622  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1623  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1624  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1625  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1626  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1627  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1628  * page in a pageblock.
1629  */
1630 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1631                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1632 {
1633         struct page *start_page;
1634         struct page *end_page;
1635
1636         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1637         end_pfn--;
1638
1639         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1640                 return NULL;
1641
1642         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1643         if (!start_page)
1644                 return NULL;
1645
1646         if (page_zone(start_page) != zone)
1647                 return NULL;
1648
1649         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1650
1651         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1652         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1653                 return NULL;
1654
1655         return start_page;
1656 }
1657
1658 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1659 {
1660         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1661         unsigned long block_end_pfn;
1662
1663         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1664         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1665                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1666                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1667
1668                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1669
1670                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1671                                              block_end_pfn, zone))
1672                         return;
1673                 cond_resched();
1674         }
1675
1676         /* We confirm that there is no hole */
1677         zone->contiguous = true;
1678 }
1679
1680 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1681 {
1682         zone->contiguous = false;
1683 }
1684
1685 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1686 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1687                                        unsigned long nr_pages)
1688 {
1689         struct page *page;
1690         unsigned long i;
1691
1692         if (!nr_pages)
1693                 return;
1694
1695         page = pfn_to_page(pfn);
1696
1697         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1698         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1699             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1700                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1701                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1702                 return;
1703         }
1704
1705         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1706                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1707                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1708                 __free_pages_core(page, 0);
1709         }
1710 }
1711
1712 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1713 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1714 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1715
1716 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1717 {
1718         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1719                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1720 }
1721
1722 /*
1723  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1724  *
1725  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1726  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1727  * function is optimized out.
1728  *
1729  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1730  * of the head pfn.
1731  */
1732 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1733 {
1734         if (!pfn_valid_within(pfn))
1735                 return false;
1736         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1737                 return false;
1738         return true;
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1743  * pageblock_nr_pages sizes.
1744  */
1745 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1746                                        unsigned long end_pfn)
1747 {
1748         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1749         unsigned long nr_free = 0;
1750
1751         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1752                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1753                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1754                         nr_free = 0;
1755                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1756                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1757                         nr_free = 1;
1758                 } else {
1759                         nr_free++;
1760                 }
1761         }
1762         /* Free the last block of pages to allocator */
1763         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1768  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1769  * Return number of pages initialized.
1770  */
1771 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1772                                                  unsigned long pfn,
1773                                                  unsigned long end_pfn)
1774 {
1775         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1776         int nid = zone_to_nid(zone);
1777         unsigned long nr_pages = 0;
1778         int zid = zone_idx(zone);
1779         struct page *page = NULL;
1780
1781         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1782                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1783                         page = NULL;
1784                         continue;
1785                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1786                         page = pfn_to_page(pfn);
1787                 } else {
1788                         page++;
1789                 }
1790                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1791                 nr_pages++;
1792         }
1793         return (nr_pages);
1794 }
1795
1796 /*
1797  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1798  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1799  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1800  * return false indicating there are no valid ranges left.
1801  */
1802 static bool __init
1803 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1804                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1805                                     unsigned long first_init_pfn)
1806 {
1807         u64 j;
1808
1809         /*
1810          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1811          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1812          * so we just need to flush them out of the system.
1813          */
1814         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1815                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1816                         continue;
1817                 if (*spfn < first_init_pfn)
1818                         *spfn = first_init_pfn;
1819                 *i = j;
1820                 return true;
1821         }
1822
1823         return false;
1824 }
1825
1826 /*
1827  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1828  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1829  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1830  * page in __free_one_page()).
1831  *
1832  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1833  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1834  * any issues with the buddy page computation.
1835  */
1836 static unsigned long __init
1837 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1838                        unsigned long *end_pfn)
1839 {
1840         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1841         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1842         unsigned long nr_pages = 0;
1843         u64 j = *i;
1844
1845         /* First we loop through and initialize the page values */
1846         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1847                 unsigned long t;
1848
1849                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1850                         break;
1851
1852                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1853                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1854
1855                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1856                         *start_pfn = mo_pfn;
1857                         break;
1858                 }
1859         }
1860
1861         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1862         swap(j, *i);
1863
1864         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1865                 unsigned long t;
1866
1867                 if (mo_pfn <= spfn)
1868                         break;
1869
1870                 t = min(mo_pfn, epfn);
1871                 deferred_free_pages(spfn, t);
1872
1873                 if (mo_pfn <= epfn)
1874                         break;
1875         }
1876
1877         return nr_pages;
1878 }
1879
1880 static void __init
1881 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1882                            void *arg)
1883 {
1884         unsigned long spfn, epfn;
1885         struct zone *zone = arg;
1886         u64 i;
1887
1888         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1889
1890         /*
1891          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1892          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1893          */
1894         while (spfn < end_pfn) {
1895                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1896                 cond_resched();
1897         }
1898 }
1899
1900 /* An arch may override for more concurrency. */
1901 __weak int __init
1902 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1903 {
1904         return 1;
1905 }
1906
1907 /* Initialise remaining memory on a node */
1908 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1909 {
1910         pg_data_t *pgdat = data;
1911         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1912         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1913         unsigned long first_init_pfn, flags;
1914         unsigned long start = jiffies;
1915         struct zone *zone;
1916         int zid, max_threads;
1917         u64 i;
1918
1919         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1920         if (!cpumask_empty(cpumask))
1921                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1922
1923         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1924         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1925         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1926                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1927                 pgdat_init_report_one_done();
1928                 return 0;
1929         }
1930
1931         /* Sanity check boundaries */
1932         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1933         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1934         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1935
1936         /*
1937          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1938          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1939          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1940          */
1941         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1942
1943         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1944         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1945                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1946                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1947                         break;
1948         }
1949
1950         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1951         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1952                                                  first_init_pfn))
1953                 goto zone_empty;
1954
1955         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1956
1957         while (spfn < epfn) {
1958                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1959                 struct padata_mt_job job = {
1960                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1961                         .fn_arg      = zone,
1962                         .start       = spfn,
1963                         .size        = epfn_align - spfn,
1964                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1965                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1966                         .max_threads = max_threads,
1967                 };
1968
1969                 padata_do_multithreaded(&job);
1970                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1971                                                     epfn_align);
1972         }
1973 zone_empty:
1974         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1975         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1976
1977         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1978                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1979
1980         pgdat_init_report_one_done();
1981         return 0;
1982 }
1983
1984 /*
1985  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1986  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1987  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1988  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1989  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1990  *
1991  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1992  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1993  * enough pages to satisfy the allocation.
1994  *
1995  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1996  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1997  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1998  */
1999 static noinline bool __init
2000 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2001 {
2002         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2003         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2004         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2005         unsigned long spfn, epfn, flags;
2006         unsigned long nr_pages = 0;
2007         u64 i;
2008
2009         /* Only the last zone may have deferred pages */
2010         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2011                 return false;
2012
2013         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2014
2015         /*
2016          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2017          * true, as there might be enough pages already.
2018          */
2019         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2020                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2021                 return true;
2022         }
2023
2024         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2025         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2026                                                  first_deferred_pfn)) {
2027                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2028                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2029                 /* Retry only once. */
2030                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2031         }
2032
2033         /*
2034          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2035          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2036          * allocator.
2037          */
2038         while (spfn < epfn) {
2039                 /* update our first deferred PFN for this section */
2040                 first_deferred_pfn = spfn;
2041
2042                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2043                 touch_nmi_watchdog();
2044
2045                 /* We should only stop along section boundaries */
2046                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2047                         continue;
2048
2049                 /* If our quota has been met we can stop here */
2050                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2051                         break;
2052         }
2053
2054         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2055         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2056
2057         return nr_pages > 0;
2058 }
2059
2060 /*
2061  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2062  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2063  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2064  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2065  */
2066 static bool __ref
2067 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2068 {
2069         return deferred_grow_zone(zone, order);
2070 }
2071
2072 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2073
2074 void __init page_alloc_init_late(void)
2075 {
2076         struct zone *zone;
2077         int nid;
2078
2079 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2080
2081         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2082         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2083         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2084                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2085         }
2086
2087         /* Block until all are initialised */
2088         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2089
2090         /*
2091          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2092          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2093          * will be artificially small.
2094          */
2095         for_each_populated_zone(zone)
2096                 zone_pcp_update(zone);
2097
2098         /*
2099          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2100          * on-demand struct page initialization.
2101          */
2102         static_branch_disable(&deferred_pages);
2103
2104         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2105         files_maxfiles_init();
2106 #endif
2107
2108         /* Discard memblock private memory */
2109         memblock_discard();
2110
2111         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2112                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2113
2114         for_each_populated_zone(zone)
2115                 set_zone_contiguous(zone);
2116 }
2117
2118 #ifdef CONFIG_CMA
2119 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2120 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2121 {
2122         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2123         struct page *p = page;
2124
2125         do {
2126                 __ClearPageReserved(p);
2127                 set_page_count(p, 0);
2128         } while (++p, --i);
2129
2130         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2131
2132         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2133                 i = pageblock_nr_pages;
2134                 p = page;
2135                 do {
2136                         set_page_refcounted(p);
2137                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2138                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2139                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2140         } else {
2141                 set_page_refcounted(page);
2142                 __free_pages(page, pageblock_order);
2143         }
2144
2145         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2146 }
2147 #endif
2148
2149 /*
2150  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2151  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2152  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2153  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2154  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2155  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2156  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2157  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2158  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2159  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2160  *
2161  * -- nyc
2162  */
2163 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2164         int low, int high, int migratetype)
2165 {
2166         unsigned long size = 1 << high;
2167
2168         while (high > low) {
2169                 high--;
2170                 size >>= 1;
2171                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2172
2173                 /*
2174                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2175                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2176                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2177                  * pages will stay not present in virtual address space
2178                  */
2179                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2180                         continue;
2181
2182                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2183                 set_buddy_order(&page[size], high);
2184         }
2185 }
2186
2187 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2188 {
2189         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2190                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2191                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2192                 return;
2193         }
2194
2195         bad_page(page,
2196                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2197 }
2198
2199 /*
2200  * This page is about to be returned from the page allocator
2201  */
2202 static inline int check_new_page(struct page *page)
2203 {
2204         if (likely(page_expected_state(page,
2205                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2206                 return 0;
2207
2208         check_new_page_bad(page);
2209         return 1;
2210 }
2211
2212 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2213 {
2214         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2215                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2216 }
2217
2218 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2219 /*
2220  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2221  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2222  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2223  */
2224 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2225 {
2226         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2227                 return check_new_page(page);
2228         else
2229                 return false;
2230 }
2231
2232 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2233 {
2234         return check_new_page(page);
2235 }
2236 #else
2237 /*
2238  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2239  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2240  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2241  */
2242 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2243 {
2244         return check_new_page(page);
2245 }
2246 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2247 {
2248         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2249                 return check_new_page(page);
2250         else
2251                 return false;
2252 }
2253 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2254
2255 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2256 {
2257         int i;
2258         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2259                 struct page *p = page + i;
2260
2261                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2262                         return true;
2263         }
2264
2265         return false;
2266 }
2267
2268 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2269                                 gfp_t gfp_flags)
2270 {
2271         set_page_private(page, 0);
2272         set_page_refcounted(page);
2273
2274         arch_alloc_page(page, order);
2275         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2276                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2277         kasan_alloc_pages(page, order);
2278         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2279         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2280 }
2281
2282 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2283                                                         unsigned int alloc_flags)
2284 {
2285         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2286
2287         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2288                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2289
2290         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2291                 prep_compound_page(page, order);
2292
2293         /*
2294          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2295          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2296          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2297          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2298          */
2299         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2300                 set_page_pfmemalloc(page);
2301         else
2302                 clear_page_pfmemalloc(page);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2307  * the smallest available page from the freelists
2308  */
2309 static __always_inline
2310 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2311                                                 int migratetype)
2312 {
2313         unsigned int current_order;
2314         struct free_area *area;
2315         struct page *page;
2316
2317         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2318         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2319                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2320                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2321                 if (!page)
2322                         continue;
2323                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2324                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2325                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2326                 return page;
2327         }
2328
2329         return NULL;
2330 }
2331
2332
2333 /*
2334  * This array describes the order lists are fallen back to when
2335  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2336  */
2337 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2338         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2339         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2340         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2341 #ifdef CONFIG_CMA
2342         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2343 #endif
2344 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2345         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2346 #endif
2347 };
2348
2349 #ifdef CONFIG_CMA
2350 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2351                                         unsigned int order)
2352 {
2353         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2354 }
2355 #else
2356 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2357                                         unsigned int order) { return NULL; }
2358 #endif
2359
2360 /*
2361  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2362  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2363  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2364  */
2365 static int move_freepages(struct zone *zone,
2366                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2367                           int migratetype, int *num_movable)
2368 {
2369         struct page *page;
2370         unsigned int order;
2371         int pages_moved = 0;
2372
2373         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2374                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2375                         page++;
2376                         continue;
2377                 }
2378
2379                 if (!PageBuddy(page)) {
2380                         /*
2381                          * We assume that pages that could be isolated for
2382                          * migration are movable. But we don't actually try
2383                          * isolating, as that would be expensive.
2384                          */
2385                         if (num_movable &&
2386                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2387                                 (*num_movable)++;
2388
2389                         page++;
2390                         continue;
2391                 }
2392
2393                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2394                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2395                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2396
2397                 order = buddy_order(page);
2398                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2399                 page += 1 << order;
2400                 pages_moved += 1 << order;
2401         }
2402
2403         return pages_moved;
2404 }
2405
2406 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2407                                 int migratetype, int *num_movable)
2408 {
2409         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2410         struct page *start_page, *end_page;
2411
2412         if (num_movable)
2413                 *num_movable = 0;
2414
2415         start_pfn = page_to_pfn(page);
2416         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2417         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2418         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2419         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2420
2421         /* Do not cross zone boundaries */
2422         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2423                 start_page = page;
2424         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2425                 return 0;
2426
2427         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2428                                                                 num_movable);
2429 }
2430
2431 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2432                                         int start_order, int migratetype)
2433 {
2434         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2435
2436         while (nr_pageblocks--) {
2437                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2438                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2439         }
2440 }
2441
2442 /*
2443  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2444  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2445  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2446  *
2447  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2448  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2449  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2450  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2451  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2452  * pageblocks.
2453  */
2454 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2455 {
2456         /*
2457          * Leaving this order check is intended, although there is
2458          * relaxed order check in next check. The reason is that
2459          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2460          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2461          * so could be changed anytime.
2462          */
2463         if (order >= pageblock_order)
2464                 return true;
2465
2466         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2467                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2468                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2469                 page_group_by_mobility_disabled)
2470                 return true;
2471
2472         return false;
2473 }
2474
2475 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2476 {
2477         unsigned long max_boost;
2478
2479         if (!watermark_boost_factor)
2480                 return false;
2481         /*
2482          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2483          * On small machines, including kdump capture kernels running
2484          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2485          * memory situation immediately.
2486          */
2487         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2488                 return false;
2489
2490         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2491                         watermark_boost_factor, 10000);
2492
2493         /*
2494          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2495          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2496          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2497          * allocations that early means that reclaim is not going
2498          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2499          * boosted watermark resulting in a hang.
2500          */
2501         if (!max_boost)
2502                 return false;
2503
2504         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2505
2506         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2507                 max_boost);
2508
2509         return true;
2510 }
2511
2512 /*
2513  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2514  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2515  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2516  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2517  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2518  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2519  */
2520 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2521                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2522 {
2523         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2524         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2525         int old_block_type;
2526
2527         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2528
2529         /*
2530          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2531          * highatomic accounting.
2532          */
2533         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2534                 goto single_page;
2535
2536         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2537         if (current_order >= pageblock_order) {
2538                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2539                 goto single_page;
2540         }
2541
2542         /*
2543          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2544          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2545          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2546          */
2547         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2548                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2549
2550         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2551         if (!whole_block)
2552                 goto single_page;
2553
2554         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2555                                                 &movable_pages);
2556         /*
2557          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2558          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2559          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2560          */
2561         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2562                 alike_pages = movable_pages;
2563         } else {
2564                 /*
2565                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2566                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2567                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2568                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2569                  * exact migratetype of non-movable pages.
2570                  */
2571                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2572                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2573                                                 - (free_pages + movable_pages);
2574                 else
2575                         alike_pages = 0;
2576         }
2577
2578         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2579         if (!free_pages)
2580                 goto single_page;
2581
2582         /*
2583          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2584          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2585          */
2586         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2587                         page_group_by_mobility_disabled)
2588                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2589
2590         return;
2591
2592 single_page:
2593         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2594 }
2595
2596 /*
2597  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2598  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2599  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2600  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2601  */
2602 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2603                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2604 {
2605         int i;
2606         int fallback_mt;
2607
2608         if (area->nr_free == 0)
2609                 return -1;
2610
2611         *can_steal = false;
2612         for (i = 0;; i++) {
2613                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2614                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2615                         break;
2616
2617                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2618                         continue;
2619
2620                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2621                         *can_steal = true;
2622
2623                 if (!only_stealable)
2624                         return fallback_mt;
2625
2626                 if (*can_steal)
2627                         return fallback_mt;
2628         }
2629
2630         return -1;
2631 }
2632
2633 /*
2634  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2635  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2636  */
2637 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2638                                 unsigned int alloc_order)
2639 {
2640         int mt;
2641         unsigned long max_managed, flags;
2642
2643         /*
2644          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2645          * Check is race-prone but harmless.
2646          */
2647         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2648         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2649                 return;
2650
2651         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2652
2653         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2654         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2655                 goto out_unlock;
2656
2657         /* Yoink! */
2658         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2659         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2660             && !is_migrate_cma(mt)) {
2661                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2662                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2663                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2664         }
2665
2666 out_unlock:
2667         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2668 }
2669
2670 /*
2671  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2672  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2673  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2674  * to recover from than an OOM.
2675  *
2676  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2677  * pageblock is exhausted.
2678  */
2679 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2680                                                 bool force)
2681 {
2682         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2683         unsigned long flags;
2684         struct zoneref *z;
2685         struct zone *zone;
2686         struct page *page;
2687         int order;
2688         bool ret;
2689
2690         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2691                                                                 ac->nodemask) {
2692                 /*
2693                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2694                  * is really high.
2695                  */
2696                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2697                                         pageblock_nr_pages)
2698                         continue;
2699
2700                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2701                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2702                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2703
2704                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2705                         if (!page)
2706                                 continue;
2707
2708                         /*
2709                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2710                          * we can counter several free pages in a pageblock
2711                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2712                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2713                          * adjust the count once.
2714                          */
2715                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2716                                 /*
2717                                  * It should never happen but changes to
2718                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2719                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2720                                  * while unreserving so be safe and watch for
2721                                  * underflows.
2722                                  */
2723                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2724                                                 pageblock_nr_pages,
2725                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2726                         }
2727
2728                         /*
2729                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2730                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2731                          * is doing the work and needs the pages. More
2732                          * importantly, if the block was always converted to
2733                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2734                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2735                          * may increase.
2736                          */
2737                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2738                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2739                                                                         NULL);
2740                         if (ret) {
2741                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2742                                 return ret;
2743                         }
2744                 }
2745                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2746         }
2747
2748         return false;
2749 }
2750
2751 /*
2752  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2753  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2754  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2755  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2756  *
2757  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2758  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2759  * condition simpler.
2760  */
2761 static __always_inline bool
2762 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2763                                                 unsigned int alloc_flags)
2764 {
2765         struct free_area *area;
2766         int current_order;
2767         int min_order = order;
2768         struct page *page;
2769         int fallback_mt;
2770         bool can_steal;
2771
2772         /*
2773          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2774          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2775          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2776          */
2777         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2778                 min_order = pageblock_order;
2779
2780         /*
2781          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2782          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2783          * would be too costly to do exactly.
2784          */
2785         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2786                                 --current_order) {
2787                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2788                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2789                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2790                 if (fallback_mt == -1)
2791                         continue;
2792
2793                 /*
2794                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2795                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2796                  * steal and split the smallest available page instead of the
2797                  * largest available page, because even if the next movable
2798                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2799                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2800                  */
2801                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2802                                         && current_order > order)
2803                         goto find_smallest;
2804
2805                 goto do_steal;
2806         }
2807
2808         return false;
2809
2810 find_smallest:
2811         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2812                                                         current_order++) {
2813                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2814                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2815                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2816                 if (fallback_mt != -1)
2817                         break;
2818         }
2819
2820         /*
2821          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2822          * when looking for the largest page.
2823          */
2824         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2825
2826 do_steal:
2827         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2828
2829         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2830                                                                 can_steal);
2831
2832         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2833                 start_migratetype, fallback_mt);
2834
2835         return true;
2836
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2841  * Call me with the zone->lock already held.
2842  */
2843 static __always_inline struct page *
2844 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2845                                                 unsigned int alloc_flags)
2846 {
2847         struct page *page;
2848
2849         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2850                 /*
2851                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2852                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2853                  * is in the CMA area.
2854                  */
2855                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2856                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2857                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2858                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2859                         if (page)
2860                                 goto out;
2861                 }
2862         }
2863 retry:
2864         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2865         if (unlikely(!page)) {
2866                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2867                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2868
2869                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2870                                                                 alloc_flags))
2871                         goto retry;
2872         }
2873 out:
2874         if (page)
2875                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2876         return page;
2877 }
2878
2879 /*
2880  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2881  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2882  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2883  */
2884 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2885                         unsigned long count, struct list_head *list,
2886                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2887 {
2888         int i, alloced = 0;
2889
2890         spin_lock(&zone->lock);
2891         for (i = 0; i < count; ++i) {
2892                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2893                                                                 alloc_flags);
2894                 if (unlikely(page == NULL))
2895                         break;
2896
2897                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2898                         continue;
2899
2900                 /*
2901                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2902                  * physical page order. The page is added to the tail of
2903                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2904                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2905                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2906                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2907                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2908                  * pages are ordered properly.
2909                  */
2910                 list_add_tail(&page->lru, list);
2911                 alloced++;
2912                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2913                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2914                                               -(1 << order));
2915         }
2916
2917         /*
2918          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2919          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2920          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2921          * pages added to the pcp list.
2922          */
2923         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2924         spin_unlock(&zone->lock);
2925         return alloced;
2926 }
2927
2928 #ifdef CONFIG_NUMA
2929 /*
2930  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2931  * currently executing processor on remote nodes after they have
2932  * expired.
2933  *
2934  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2935  * a single processor.
2936  */
2937 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2938 {
2939         unsigned long flags;
2940         int to_drain, batch;
2941
2942         local_irq_save(flags);
2943         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2944         to_drain = min(pcp->count, batch);
2945         if (to_drain > 0)
2946                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2947         local_irq_restore(flags);
2948 }
2949 #endif
2950
2951 /*
2952  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2953  *
2954  * The processor must either be the current processor and the
2955  * thread pinned to the current processor or a processor that
2956  * is not online.
2957  */
2958 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2959 {
2960         unsigned long flags;
2961         struct per_cpu_pageset *pset;
2962         struct per_cpu_pages *pcp;
2963
2964         local_irq_save(flags);
2965         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2966
2967         pcp = &pset->pcp;
2968         if (pcp->count)
2969                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2970         local_irq_restore(flags);
2971 }
2972
2973 /*
2974  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2975  *
2976  * The processor must either be the current processor and the
2977  * thread pinned to the current processor or a processor that
2978  * is not online.
2979  */
2980 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2981 {
2982         struct zone *zone;
2983
2984         for_each_populated_zone(zone) {
2985                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2986         }
2987 }
2988
2989 /*
2990  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2991  *
2992  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2993  * the single zone's pages.
2994  */
2995 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2996 {
2997         int cpu = smp_processor_id();
2998
2999         if (zone)
3000                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3001         else
3002                 drain_pages(cpu);
3003 }
3004
3005 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3006 {
3007         struct pcpu_drain *drain;
3008
3009         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3010
3011         /*
3012          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3013          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3014          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3015          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3016          * a different one.
3017          */
3018         preempt_disable();
3019         drain_local_pages(drain->zone);
3020         preempt_enable();
3021 }
3022
3023 /*
3024  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3025  *
3026  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3027  *
3028  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3029  */
3030 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3031 {
3032         int cpu;
3033
3034         /*
3035          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3036          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3037          */
3038         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3039
3040         /*
3041          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3042          * initialized.
3043          */
3044         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3045                 return;
3046
3047         /*
3048          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3049          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3050          * the drain to be complete when the call returns.
3051          */
3052         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3053                 if (!zone)
3054                         return;
3055                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3056         }
3057
3058         /*
3059          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3060          * as offline notification will cause the notified
3061          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3062          * disables preemption as part of its processing
3063          */
3064         for_each_online_cpu(cpu) {
3065                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3066                 struct zone *z;
3067                 bool has_pcps = false;
3068
3069                 if (zone) {
3070                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3071                         if (pcp->pcp.count)
3072                                 has_pcps = true;
3073                 } else {
3074                         for_each_populated_zone(z) {
3075                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3076                                 if (pcp->pcp.count) {
3077                                         has_pcps = true;
3078                                         break;
3079                                 }
3080                         }
3081                 }
3082
3083                 if (has_pcps)
3084                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3085                 else
3086                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3087         }
3088
3089         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3090                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3091
3092                 drain->zone = zone;
3093                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3094                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3095         }
3096         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3097                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3098
3099         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3100 }
3101
3102 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3103
3104 /*
3105  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3106  */
3107 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3108
3109 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3110 {
3111         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3112         unsigned long flags;
3113         unsigned int order, t;
3114         struct page *page;
3115
3116         if (zone_is_empty(zone))
3117                 return;
3118
3119         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3120
3121         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3122         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3123                 if (pfn_valid(pfn)) {
3124                         page = pfn_to_page(pfn);
3125
3126                         if (!--page_count) {
3127                                 touch_nmi_watchdog();
3128                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3129                         }
3130
3131                         if (page_zone(page) != zone)
3132                                 continue;
3133
3134                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3135                                 swsusp_unset_page_free(page);
3136                 }
3137
3138         for_each_migratetype_order(order, t) {
3139                 list_for_each_entry(page,
3140                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3141                         unsigned long i;
3142
3143                         pfn = page_to_pfn(page);
3144                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3145                                 if (!--page_count) {
3146                                         touch_nmi_watchdog();
3147                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3148                                 }
3149                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3150                         }
3151                 }
3152         }
3153         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3154 }
3155 #endif /* CONFIG_PM */
3156
3157 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3158 {
3159         int migratetype;
3160
3161         if (!free_pcp_prepare(page))
3162                 return false;
3163
3164         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3165         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3166         return true;
3167 }
3168
3169 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3170 {
3171         struct zone *zone = page_zone(page);
3172         struct per_cpu_pages *pcp;
3173         int migratetype;
3174
3175         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3176         __count_vm_event(PGFREE);
3177
3178         /*
3179          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3180          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3181          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3182          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3183          * excessively into the page allocator
3184          */
3185         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3186                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3187                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3188                                       FPI_NONE);
3189                         return;
3190                 }
3191                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3192         }
3193
3194         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3195         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3196         pcp->count++;
3197         if (pcp->count >= pcp->high) {
3198                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3199                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3200         }
3201 }
3202
3203 /*
3204  * Free a 0-order page
3205  */
3206 void free_unref_page(struct page *page)
3207 {
3208         unsigned long flags;
3209         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3210
3211         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3212                 return;
3213
3214         local_irq_save(flags);
3215         free_unref_page_commit(page, pfn);
3216         local_irq_restore(flags);
3217 }
3218
3219 /*
3220  * Free a list of 0-order pages
3221  */
3222 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3223 {
3224         struct page *page, *next;
3225         unsigned long flags, pfn;
3226         int batch_count = 0;
3227
3228         /* Prepare pages for freeing */
3229         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3230                 pfn = page_to_pfn(page);
3231                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3232                         list_del(&page->lru);
3233                 set_page_private(page, pfn);
3234         }
3235
3236         local_irq_save(flags);
3237         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3238                 unsigned long pfn = page_private(page);
3239
3240                 set_page_private(page, 0);
3241                 trace_mm_page_free_batched(page);
3242                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3243
3244                 /*
3245                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3246                  * a large list of pages to free.
3247                  */
3248                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3249                         local_irq_restore(flags);
3250                         batch_count = 0;
3251                         local_irq_save(flags);
3252                 }
3253         }
3254         local_irq_restore(flags);
3255 }
3256
3257 /*
3258  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3259  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3260  * Each sub-page must be freed individually.
3261  *
3262  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3263  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3264  */
3265 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3266 {
3267         int i;
3268
3269         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3270         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3271
3272         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3273                 set_page_refcounted(page + i);
3274         split_page_owner(page, 1 << order);
3275 }
3276 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3277
3278 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3279 {
3280         unsigned long watermark;
3281         struct zone *zone;
3282         int mt;
3283
3284         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3285
3286         zone = page_zone(page);
3287         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3288
3289         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3290                 /*
3291                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3292                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3293                  * watermark, because we already know our high-order page
3294                  * exists.
3295                  */
3296                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3297                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3298                         return 0;
3299
3300                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3301         }
3302
3303         /* Remove page from free list */
3304
3305         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3306
3307         /*
3308          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3309          * pageblock
3310          */
3311         if (order >= pageblock_order - 1) {
3312                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3313                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3314                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3315                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3316                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3317                                 set_pageblock_migratetype(page,
3318                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3319                 }
3320         }
3321
3322
3323         return 1UL << order;
3324 }
3325
3326 /**
3327  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3328  * @page: Page that was isolated
3329  * @order: Order of the isolated page
3330  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3331  *
3332  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3333  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3334  */
3335 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3336 {
3337         struct zone *zone = page_zone(page);
3338
3339         /* zone lock should be held when this function is called */
3340         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3341
3342         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3343         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3344                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3345 }
3346
3347 /*
3348  * Update NUMA hit/miss statistics
3349  *
3350  * Must be called with interrupts disabled.
3351  */
3352 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3353 {
3354 #ifdef CONFIG_NUMA
3355         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3356
3357         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3358         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3359                 return;
3360
3361         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3362                 local_stat = NUMA_OTHER;
3363
3364         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3365                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3366         else {
3367                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3368                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3369         }
3370         __inc_numa_state(z, local_stat);
3371 #endif
3372 }
3373
3374 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3375 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3376                         unsigned int alloc_flags,
3377                         struct per_cpu_pages *pcp,
3378                         struct list_head *list)
3379 {
3380         struct page *page;
3381
3382         do {
3383                 if (list_empty(list)) {
3384                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3385                                         pcp->batch, list,
3386                                         migratetype, alloc_flags);
3387                         if (unlikely(list_empty(list)))
3388                                 return NULL;
3389                 }
3390
3391                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3392                 list_del(&page->lru);
3393                 pcp->count--;
3394         } while (check_new_pcp(page));
3395
3396         return page;
3397 }
3398
3399 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3400 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3401                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3402                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3403 {
3404         struct per_cpu_pages *pcp;
3405         struct list_head *list;
3406         struct page *page;
3407         unsigned long flags;
3408
3409         local_irq_save(flags);
3410         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3411         list = &pcp->lists[migratetype];
3412         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3413         if (page) {
3414                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3415                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3416         }
3417         local_irq_restore(flags);
3418         return page;
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3423  */
3424 static inline
3425 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3426                         struct zone *zone, unsigned int order,
3427                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3428                         int migratetype)
3429 {
3430         unsigned long flags;
3431         struct page *page;
3432
3433         if (likely(order == 0)) {
3434                 /*
3435                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3436                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3437                  */
3438                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3439                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3440                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3441                                         migratetype, alloc_flags);
3442                         goto out;
3443                 }
3444         }
3445
3446         /*
3447          * We most definitely don't want callers attempting to
3448          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3449          */
3450         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3451         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3452
3453         do {
3454                 page = NULL;
3455                 /*
3456                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3457                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3458                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3459                  * request should skip it.
3460                  */
3461                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3462                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3463                         if (page)
3464                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3465                 }
3466                 if (!page)
3467                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3468         } while (page && check_new_pages(page, order));
3469         spin_unlock(&zone->lock);
3470         if (!page)
3471                 goto failed;
3472         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3473                                   get_pcppage_migratetype(page));
3474
3475         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3476         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3477         local_irq_restore(flags);
3478
3479 out:
3480         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3481         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3482                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3483                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3484         }
3485
3486         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3487         return page;
3488
3489 failed:
3490         local_irq_restore(flags);
3491         return NULL;
3492 }
3493
3494 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3495
3496 static struct {
3497         struct fault_attr attr;
3498
3499         bool ignore_gfp_highmem;
3500         bool ignore_gfp_reclaim;
3501         u32 min_order;
3502 } fail_page_alloc = {
3503         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3504         .ignore_gfp_reclaim = true,
3505         .ignore_gfp_highmem = true,
3506         .min_order = 1,
3507 };
3508
3509 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3510 {
3511         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3512 }
3513 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3514
3515 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3516 {
3517         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3518                 return false;
3519         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3520                 return false;
3521         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3522                 return false;
3523         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3524                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3525                 return false;
3526
3527         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3528 }
3529
3530 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3531
3532 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3533 {
3534         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3535         struct dentry *dir;
3536
3537         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3538                                         &fail_page_alloc.attr);
3539
3540         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3541                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3542         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3543                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3544         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3545
3546         return 0;
3547 }
3548
3549 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3550
3551 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3552
3553 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3554
3555 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3556 {
3557         return false;
3558 }
3559
3560 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3561
3562 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3563 {
3564         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3565 }
3566 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3567
3568 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3569                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3570 {
3571         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3572         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3573
3574         /*
3575          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3576          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3577          * atomic reserve but it avoids a search.
3578          */
3579         if (likely(!alloc_harder))
3580                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3581
3582 #ifdef CONFIG_CMA
3583         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3584         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3585                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3586 #endif
3587
3588         return unusable_free;
3589 }
3590
3591 /*
3592  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3593  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3594  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3595  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3596  */
3597 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3598                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3599                          long free_pages)
3600 {
3601         long min = mark;
3602         int o;
3603         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3604
3605         /* free_pages may go negative - that's OK */
3606         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3607
3608         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3609                 min -= min / 2;
3610
3611         if (unlikely(alloc_harder)) {
3612                 /*
3613                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3614                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3615                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3616                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3617                  */
3618                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3619                         min -= min / 2;
3620                 else
3621                         min -= min / 4;
3622         }
3623
3624         /*
3625          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3626          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3627          * even if a suitable page happened to be free.
3628          */
3629         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3630                 return false;
3631
3632         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3633         if (!order)
3634                 return true;
3635
3636         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3637         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3638                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3639                 int mt;
3640
3641                 if (!area->nr_free)
3642                         continue;
3643
3644                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3645                         if (!free_area_empty(area, mt))
3646                                 return true;
3647                 }
3648
3649 #ifdef CONFIG_CMA
3650                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3651                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3652                         return true;
3653                 }
3654 #endif
3655                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3656                         return true;
3657         }
3658         return false;
3659 }
3660
3661 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3662                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3663 {
3664         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3665                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3666 }
3667
3668 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3669                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3670                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3671 {
3672         long free_pages;
3673
3674         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3675
3676         /*
3677          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3678          * need to be calculated.
3679          */
3680         if (!order) {
3681                 long fast_free;
3682
3683                 fast_free = free_pages;
3684                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3685                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3686                         return true;
3687         }
3688
3689         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3690                                         free_pages))
3691                 return true;
3692         /*
3693          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3694          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3695          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3696          * when below the low watermark.
3697          */
3698         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3699                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3700                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3701                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3702                                         alloc_flags, free_pages);
3703         }
3704
3705         return false;
3706 }
3707
3708 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3709                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3710 {
3711         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3712
3713         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3714                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3715
3716         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3717                                                                 free_pages);
3718 }
3719
3720 #ifdef CONFIG_NUMA
3721 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3722 {
3723         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3724                                 node_reclaim_distance;
3725 }
3726 #else   /* CONFIG_NUMA */
3727 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3728 {
3729         return true;
3730 }
3731 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3732
3733 /*
3734  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3735  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3736  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3737  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3738  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3739  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3740  */
3741 static inline unsigned int
3742 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3743 {
3744         unsigned int alloc_flags;
3745
3746         /*
3747          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3748          * to save a branch.
3749          */
3750         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3751
3752 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3753         if (!zone)
3754                 return alloc_flags;
3755
3756         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3757                 return alloc_flags;
3758
3759         /*
3760          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3761          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3762          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3763          */
3764         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3765         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3766                 return alloc_flags;
3767
3768         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3769 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3770         return alloc_flags;
3771 }
3772
3773 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3774                                         unsigned int alloc_flags)
3775 {
3776 #ifdef CONFIG_CMA
3777         unsigned int pflags = current->flags;
3778
3779         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3780                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3781                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3782
3783 #endif
3784         return alloc_flags;
3785 }
3786
3787 /*
3788  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3789  * a page.
3790  */
3791 static struct page *
3792 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3793                                                 const struct alloc_context *ac)
3794 {
3795         struct zoneref *z;
3796         struct zone *zone;
3797         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3798         bool no_fallback;
3799
3800 retry:
3801         /*
3802          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3803          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3804          */
3805         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3806         z = ac->preferred_zoneref;
3807         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3808                                         ac->nodemask) {
3809                 struct page *page;
3810                 unsigned long mark;
3811
3812                 if (cpusets_enabled() &&
3813                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3814                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3815                                 continue;
3816                 /*
3817                  * When allocating a page cache page for writing, we
3818                  * want to get it from a node that is within its dirty
3819                  * limit, such that no single node holds more than its
3820                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3821                  * The dirty limits take into account the node's
3822                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3823                  * should be able to balance it without having to
3824                  * write pages from its LRU list.
3825                  *
3826                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3827                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3828                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3829                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3830                  * nodes are together not big enough to reach the
3831                  * global limit.  The proper fix for these situations
3832                  * will require awareness of nodes in the
3833                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3834                  */
3835                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3836                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3837                                 continue;
3838
3839                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3840                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3841                                 continue;
3842                         }
3843                 }
3844
3845                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3846                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3847                         int local_nid;
3848
3849                         /*
3850                          * If moving to a remote node, retry but allow
3851                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3852                          * than fragmentation avoidance.
3853                          */
3854                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3855                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3856                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3857                                 goto retry;
3858                         }
3859                 }
3860
3861                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3862                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3863                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3864                                        gfp_mask)) {
3865                         int ret;
3866
3867 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3868                         /*
3869                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3870                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3871                          */
3872                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3873                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3874                                         goto try_this_zone;
3875                         }
3876 #endif
3877                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3878                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3879                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3880                                 goto try_this_zone;
3881
3882                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3883                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3884                                 continue;
3885
3886                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3887                         switch (ret) {
3888                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3889                                 /* did not scan */
3890                                 continue;
3891                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3892                                 /* scanned but unreclaimable */
3893                                 continue;
3894                         default:
3895                                 /* did we reclaim enough */
3896                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3897                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3898                                         goto try_this_zone;
3899
3900                                 continue;
3901                         }
3902                 }
3903
3904 try_this_zone:
3905                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3906                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3907                 if (page) {
3908                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3909
3910                         /*
3911                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3912                          * if the pageblock should be reserved for the future
3913                          */
3914                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3915                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3916
3917                         return page;
3918                 } else {
3919 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3920                         /* Try again if zone has deferred pages */
3921                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3922                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3923                                         goto try_this_zone;
3924                         }
3925 #endif
3926                 }
3927         }
3928
3929         /*
3930          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3931          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3932          */
3933         if (no_fallback) {
3934                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3935                 goto retry;
3936         }
3937
3938         return NULL;
3939 }
3940
3941 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3942 {
3943         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3944
3945         /*
3946          * This documents exceptions given to allocations in certain
3947          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3948          * of allowed nodes.
3949          */
3950         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3951                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3952                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3953                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3954         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3955                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3956
3957         show_mem(filter, nodemask);
3958 }
3959
3960 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3961 {
3962         struct va_format vaf;
3963         va_list args;
3964         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3965
3966         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3967                 return;
3968
3969         va_start(args, fmt);
3970         vaf.fmt = fmt;
3971         vaf.va = &args;
3972         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3973                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3974                         nodemask_pr_args(nodemask));
3975         va_end(args);
3976
3977         cpuset_print_current_mems_allowed();
3978         pr_cont("\n");
3979         dump_stack();
3980         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3981 }
3982
3983 static inline struct page *
3984 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3985                               unsigned int alloc_flags,
3986                               const struct alloc_context *ac)
3987 {
3988         struct page *page;
3989
3990         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3991                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3992         /*
3993          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3994          * are depleted
3995          */
3996         if (!page)
3997                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3998                                 alloc_flags, ac);
3999
4000         return page;
4001 }
4002
4003 static inline struct page *
4004 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4005         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4006 {
4007         struct oom_control oc = {
4008                 .zonelist = ac->zonelist,
4009                 .nodemask = ac->nodemask,
4010                 .memcg = NULL,
4011                 .gfp_mask = gfp_mask,
4012                 .order = order,
4013         };
4014         struct page *page;
4015
4016         *did_some_progress = 0;
4017
4018         /*
4019          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4020          * making progress for us.
4021          */
4022         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4023                 *did_some_progress = 1;
4024                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4025                 return NULL;
4026         }
4027
4028         /*
4029          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4030          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4031          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4032          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4033          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4034          */
4035         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4036                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4037                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4038         if (page)
4039                 goto out;
4040
4041         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4042         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4043                 goto out;
4044         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4045         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4046                 goto out;
4047         /*
4048          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4049          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4050          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4051          * fallback than shooting a random task.
4052          *
4053          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4054          */
4055         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4056                 goto out;
4057         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4058         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4059                 goto out;
4060         if (pm_suspended_storage())
4061                 goto out;
4062         /*
4063          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4064          * other request to make a forward progress.
4065          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4066          * do much for this context but let's try it to at least get
4067          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4068          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4069          * failures more gracefully we should just bail out here.
4070          */
4071
4072         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4073         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4074                 *did_some_progress = 1;
4075
4076                 /*
4077                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4078                  * reserves
4079                  */
4080                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4081                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4082                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4083         }
4084 out:
4085         mutex_unlock(&oom_lock);
4086         return page;
4087 }
4088
4089 /*
4090  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4091  * killer is consider as the only way to move forward.
4092  */
4093 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4094
4095 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4096 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4097 static struct page *
4098 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4099                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4100                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4101 {
4102         struct page *page = NULL;
4103         unsigned long pflags;
4104         unsigned int noreclaim_flag;
4105
4106         if (!order)
4107                 return NULL;
4108
4109         psi_memstall_enter(&pflags);
4110         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4111
4112         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4113                                                                 prio, &page);
4114
4115         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4116         psi_memstall_leave(&pflags);
4117
4118         /*
4119          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4120          * count a compaction stall
4121          */
4122         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4123
4124         /* Prep a captured page if available */
4125         if (page)
4126                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4127
4128         /* Try get a page from the freelist if available */
4129         if (!page)
4130                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4131
4132         if (page) {
4133                 struct zone *zone = page_zone(page);
4134
4135                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4136                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4137                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4138                 return page;
4139         }
4140
4141         /*
4142          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4143          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4144          */
4145         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4146
4147         cond_resched();
4148
4149         return NULL;
4150 }
4151
4152 static inline bool
4153 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4154                      enum compact_result compact_result,
4155                      enum compact_priority *compact_priority,
4156                      int *compaction_retries)
4157 {
4158         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4159         int min_priority;
4160         bool ret = false;
4161         int retries = *compaction_retries;
4162         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4163
4164         if (!order)
4165                 return false;
4166
4167         if (compaction_made_progress(compact_result))
4168                 (*compaction_retries)++;
4169
4170         /*
4171          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4172          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4173          * failure could be caused by insufficient priority
4174          */
4175         if (compaction_failed(compact_result))
4176                 goto check_priority;
4177
4178         /*
4179          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4180          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4181          */
4182         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4183                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4184                 goto out;
4185         }
4186
4187         /*
4188          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4189          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4190          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4191          * we don't just keep bailing out endlessly.
4192          */
4193         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4194                 goto check_priority;
4195         }
4196
4197         /*
4198          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4199          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4200          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4201          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4202          * would need much more detailed feedback from compaction to
4203          * make a better decision.
4204          */
4205         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4206                 max_retries /= 4;
4207         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4208                 ret = true;
4209                 goto out;
4210         }
4211
4212         /*
4213          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4214          * all retries or failed at the lower priorities.
4215          */
4216 check_priority:
4217         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4218                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4219
4220         if (*compact_priority > min_priority) {
4221                 (*compact_priority)--;
4222                 *compaction_retries = 0;
4223                 ret = true;
4224         }
4225 out:
4226         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4227         return ret;
4228 }
4229 #else
4230 static inline struct page *
4231 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4232                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4233                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4234 {
4235         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4236         return NULL;
4237 }
4238
4239 static inline bool
4240 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4241                      enum compact_result compact_result,
4242                      enum compact_priority *compact_priority,
4243                      int *compaction_retries)
4244 {
4245         struct zone *zone;
4246         struct zoneref *z;
4247
4248         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4249                 return false;
4250
4251         /*
4252          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4253          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4254          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4255          * watermarks are OK.
4256          */
4257         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4258                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4259                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4260                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4261                         return true;
4262         }
4263         return false;
4264 }
4265 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4266
4267 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4268 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4269         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4270
4271 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4272 {
4273         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4274
4275         /* no reclaim without waiting on it */
4276         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4277                 return false;
4278
4279         /* this guy won't enter reclaim */
4280         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4281                 return false;
4282
4283         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4284         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4285                 return false;
4286
4287         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4288                 return false;
4289
4290         return true;
4291 }
4292
4293 void __fs_reclaim_acquire(void)
4294 {
4295         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4296 }
4297
4298 void __fs_reclaim_release(void)
4299 {
4300         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4301 }
4302
4303 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4304 {
4305         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4306                 __fs_reclaim_acquire();
4307 }
4308 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4309
4310 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4311 {
4312         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4313                 __fs_reclaim_release();
4314 }
4315 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4316 #endif
4317
4318 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4319 static unsigned long
4320 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4321                                         const struct alloc_context *ac)
4322 {
4323         unsigned int noreclaim_flag;
4324         unsigned long pflags, progress;
4325
4326         cond_resched();
4327
4328         /* We now go into synchronous reclaim */
4329         cpuset_memory_pressure_bump();
4330         psi_memstall_enter(&pflags);
4331         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4332         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4333
4334         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4335                                                                 ac->nodemask);
4336
4337         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4338         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4339         psi_memstall_leave(&pflags);
4340
4341         cond_resched();
4342
4343         return progress;
4344 }
4345
4346 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4347 static inline struct page *
4348 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4349                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4350                 unsigned long *did_some_progress)
4351 {
4352         struct page *page = NULL;
4353         bool drained = false;
4354
4355         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4356         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4357                 return NULL;
4358
4359 retry:
4360         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4361
4362         /*
4363          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4364          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4365          * Shrink them and try again
4366          */
4367         if (!page && !drained) {
4368                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4369                 drain_all_pages(NULL);
4370                 drained = true;
4371                 goto retry;
4372         }
4373
4374         return page;
4375 }
4376
4377 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4378                              const struct alloc_context *ac)
4379 {
4380         struct zoneref *z;
4381         struct zone *zone;
4382         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4383         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4384
4385         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4386                                         ac->nodemask) {
4387                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4388                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4389                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4390         }
4391 }
4392
4393 static inline unsigned int
4394 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4395 {
4396         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4397
4398         /*
4399          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4400          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4401          * to save two branches.
4402          */
4403         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4404         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4405
4406         /*
4407          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4408          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4409          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4410          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4411          */
4412         alloc_flags |= (__force int)
4413                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4414
4415         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4416                 /*
4417                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4418                  * if it can't schedule.
4419                  */
4420                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4421                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4422                 /*
4423                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4424                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4425                  */
4426                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4427         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4428                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4429
4430         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4431
4432         return alloc_flags;
4433 }
4434
4435 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4436 {
4437         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4438                 return false;
4439
4440         /*
4441          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4442          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4443          */
4444         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4445                 return false;
4446
4447         return true;
4448 }
4449
4450 /*
4451  * Distinguish requests which really need access to full memory
4452  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4453  */
4454 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4455 {
4456         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4457                 return 0;
4458         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4459                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4460         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4461                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4462         if (!in_interrupt()) {
4463                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4464                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4465                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4466                         return ALLOC_OOM;
4467         }
4468
4469         return 0;
4470 }
4471
4472 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4473 {
4474         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4475 }
4476
4477 /*
4478  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4479  * for the given allocation request.
4480  *
4481  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4482  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4483  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4484  *
4485  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4486  */
4487 static inline bool
4488 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4489                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4490                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4491 {
4492         struct zone *zone;
4493         struct zoneref *z;
4494         bool ret = false;
4495
4496         /*
4497          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4498          * their order will become available due to high fragmentation so
4499          * always increment the no progress counter for them
4500          */
4501         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4502                 *no_progress_loops = 0;
4503         else
4504                 (*no_progress_loops)++;
4505
4506         /*
4507          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4508          * several times in the row.
4509          */
4510         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4511                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4512                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4513         }
4514
4515         /*
4516          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4517          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4518          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4519          * screwed and have to go OOM.
4520          */
4521         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4522                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4523                 unsigned long available;
4524                 unsigned long reclaimable;
4525                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4526                 bool wmark;
4527
4528                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4529                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4530
4531                 /*
4532                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4533                  * reclaimable pages?
4534                  */
4535                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4536                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4537                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4538                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4539                 if (wmark) {
4540                         /*
4541                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4542                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4543                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4544                          * prevent from pre mature OOM
4545                          */
4546                         if (!did_some_progress) {
4547                                 unsigned long write_pending;
4548
4549                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4550                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4551
4552                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4553                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4554                                         return true;
4555                                 }
4556                         }
4557
4558                         ret = true;
4559                         goto out;
4560                 }
4561         }
4562
4563 out:
4564         /*
4565          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4566          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4567          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4568          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4569          * here rather than calling cond_resched().
4570          */
4571         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4572                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4573         else
4574                 cond_resched();
4575         return ret;
4576 }
4577
4578 static inline bool
4579 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4580 {
4581         /*
4582          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4583          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4584          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4585          * such a way the check therein was true, and then it became false
4586          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4587          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4588          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4589          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4590          * caller can deal with a violated nodemask.
4591          */
4592         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4593                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4594                 ac->nodemask = NULL;
4595                 return true;
4596         }
4597
4598         /*
4599          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4600          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4601          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4602          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4603          * retry.
4604          */
4605         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4606                 return true;
4607
4608         return false;
4609 }
4610
4611 static inline struct page *
4612 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4613                                                 struct alloc_context *ac)
4614 {
4615         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4616         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4617         struct page *page = NULL;
4618         unsigned int alloc_flags;
4619         unsigned long did_some_progress;
4620         enum compact_priority compact_priority;
4621         enum compact_result compact_result;
4622         int compaction_retries;
4623         int no_progress_loops;
4624         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4625         int reserve_flags;
4626
4627         /*
4628          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4629          * callers that are not in atomic context.
4630          */
4631         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4632                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4633                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4634
4635 retry_cpuset:
4636         compaction_retries = 0;
4637         no_progress_loops = 0;
4638         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4639         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4640
4641         /*
4642          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4643          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4644          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4645          */
4646         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4647
4648         /*
4649          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4650          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4651          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4652          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4653          */
4654         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4655                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4656         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4657                 goto nopage;
4658
4659         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4660                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4661
4662         /*
4663          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4664          * that first
4665          */
4666         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4667         if (page)
4668                 goto got_pg;
4669
4670         /*
4671          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4672          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4673          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4674          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4675          * same migratetype.
4676          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4677          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4678          */
4679         if (can_direct_reclaim &&
4680                         (costly_order ||
4681                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4682                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4683                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4684                                                 alloc_flags, ac,
4685                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4686                                                 &compact_result);
4687                 if (page)
4688                         goto got_pg;
4689
4690                 /*
4691                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4692                  * includes some THP page fault allocations
4693                  */
4694                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4695                         /*
4696                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4697                          * failed because all zones are below low watermarks
4698                          * or is prohibited because it recently failed at this
4699                          * order, fail immediately unless the allocator has
4700                          * requested compaction and reclaim retry.
4701                          *
4702                          * Reclaim is
4703                          *  - potentially very expensive because zones are far
4704                          *    below their low watermarks or this is part of very
4705                          *    bursty high order allocations,
4706                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4707                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4708                          *    linear scan, and
4709                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4710                          *    own.
4711                          */
4712                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4713                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4714                                 goto nopage;
4715
4716                         /*
4717                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4718                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4719                          * using async compaction.
4720                          */
4721                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4722                 }
4723         }
4724
4725 retry:
4726         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4727         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4728                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4729
4730         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4731         if (reserve_flags)
4732                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4733
4734         /*
4735          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4736          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4737          * user oriented.
4738          */
4739         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4740                 ac->nodemask = NULL;
4741                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4742                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4743         }
4744
4745         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4746         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4747         if (page)
4748                 goto got_pg;
4749
4750         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4751         if (!can_direct_reclaim)
4752                 goto nopage;
4753
4754         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4755         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4756                 goto nopage;
4757
4758         /* Try direct reclaim and then allocating */
4759         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4760                                                         &did_some_progress);
4761         if (page)
4762                 goto got_pg;
4763
4764         /* Try direct compaction and then allocating */
4765         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4766                                         compact_priority, &compact_result);
4767         if (page)
4768                 goto got_pg;
4769
4770         /* Do not loop if specifically requested */
4771         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4772                 goto nopage;
4773
4774         /*
4775          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4776          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4777          */
4778         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4779                 goto nopage;
4780
4781         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4782                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4783                 goto retry;
4784
4785         /*
4786          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4787          * reclaim is not able to make any progress because the current
4788          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4789          * of free memory (see __compaction_suitable)
4790          */
4791         if (did_some_progress > 0 &&
4792                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4793                                 compact_result, &compact_priority,
4794                                 &compaction_retries))
4795                 goto retry;
4796
4797
4798         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4799         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4800                 goto retry_cpuset;
4801
4802         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4803         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4804         if (page)
4805                 goto got_pg;
4806
4807         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4808         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4809             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4810              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4811                 goto nopage;
4812
4813         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4814         if (did_some_progress) {
4815                 no_progress_loops = 0;
4816                 goto retry;
4817         }
4818
4819 nopage:
4820         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4821         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4822                 goto retry_cpuset;
4823
4824         /*
4825          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4826          * we always retry
4827          */
4828         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4829                 /*
4830                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4831                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4832                  */
4833                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4834                         goto fail;
4835
4836                 /*
4837                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4838                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4839                  * for somebody to do a work for us
4840                  */
4841                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4842
4843                 /*
4844                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4845                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4846                  * so that we can identify them and convert them to something
4847                  * else.
4848                  */
4849                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4850
4851                 /*
4852                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4853                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4854                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4855                  * the situation worse
4856                  */
4857                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4858                 if (page)
4859                         goto got_pg;
4860
4861                 cond_resched();
4862                 goto retry;
4863         }
4864 fail:
4865         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4866                         "page allocation failure: order:%u", order);
4867 got_pg:
4868         return page;
4869 }
4870
4871 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4872                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4873                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4874                 unsigned int *alloc_flags)
4875 {
4876         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4877         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4878         ac->nodemask = nodemask;
4879         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4880
4881         if (cpusets_enabled()) {
4882                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4883                 /*
4884                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4885                  * to the current task context. It means that any node ok.
4886                  */
4887                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4888                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4889                 else
4890                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4891         }
4892
4893         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4894         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4895
4896         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4897
4898         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4899                 return false;
4900
4901         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4902
4903         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4904         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4905
4906         /*
4907          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4908          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4909          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4910          */
4911         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4912                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4913
4914         return true;
4915 }
4916
4917 /*
4918  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4919  */
4920 struct page *
4921 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4922                                                         nodemask_t *nodemask)
4923 {
4924         struct page *page;
4925         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4926         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4927         struct alloc_context ac = { };
4928
4929         /*
4930          * There are several places where we assume that the order value is sane
4931          * so bail out early if the request is out of bound.
4932          */
4933         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4934                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4935                 return NULL;
4936         }
4937
4938         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4939         alloc_mask = gfp_mask;
4940         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4941                 return NULL;
4942
4943         /*
4944          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4945          * memory until all local zones are considered.
4946          */
4947         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4948
4949         /* First allocation attempt */
4950         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4951         if (likely(page))
4952                 goto out;
4953
4954         /*
4955          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4956          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4957          * from a particular context which has been marked by
4958          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4959          */
4960         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4961         ac.spread_dirty_pages = false;
4962
4963         /*
4964          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4965          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4966          */
4967         ac.nodemask = nodemask;
4968
4969         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4970
4971 out:
4972         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4973             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4974                 __free_pages(page, order);
4975                 page = NULL;
4976         }
4977
4978         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4979
4980         return page;
4981 }
4982 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4983
4984 /*
4985  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4986  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4987  * you need to access high mem.
4988  */
4989 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4990 {
4991         struct page *page;
4992
4993         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4994         if (!page)
4995                 return 0;
4996         return (unsigned long) page_address(page);
4997 }
4998 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4999
5000 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5001 {
5002         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5003 }
5004 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5005
5006 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5007 {
5008         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5009                 free_unref_page(page);
5010         else
5011                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5012 }
5013
5014 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5015 {
5016         if (put_page_testzero(page))
5017                 free_the_page(page, order);
5018         else if (!PageHead(page))
5019                 while (order-- > 0)
5020                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5021 }
5022 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5023
5024 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5025 {
5026         if (addr != 0) {
5027                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5028                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5029         }
5030 }
5031
5032 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5033
5034 /*
5035  * Page Fragment:
5036  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5037  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5038  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5039  *
5040  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5041  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5042  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5043  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5044  */
5045 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5046                                              gfp_t gfp_mask)
5047 {
5048         struct page *page = NULL;
5049         gfp_t gfp = gfp_mask;
5050
5051 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5052         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5053                     __GFP_NOMEMALLOC;
5054         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5055                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5056         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5057 #endif
5058         if (unlikely(!page))
5059                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5060
5061         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5062
5063         return page;
5064 }
5065
5066 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5067 {
5068         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5069
5070         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5071                 free_the_page(page, compound_order(page));
5072 }
5073 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5074
5075 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5076                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5077 {
5078         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5079         struct page *page;
5080         int offset;
5081
5082         if (unlikely(!nc->va)) {
5083 refill:
5084                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5085                 if (!page)
5086                         return NULL;
5087
5088 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5089                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5090                 size = nc->size;
5091 #endif
5092                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5093                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5094                  */
5095                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5096
5097                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5098                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5099                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5100                 nc->offset = size;
5101         }
5102
5103         offset = nc->offset - fragsz;
5104         if (unlikely(offset < 0)) {
5105                 page = virt_to_page(nc->va);
5106
5107                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5108                         goto refill;
5109
5110                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5111                         free_the_page(page, compound_order(page));
5112                         goto refill;
5113                 }
5114
5115 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5116                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5117                 size = nc->size;
5118 #endif
5119                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5120                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5121
5122                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5123                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5124                 offset = size - fragsz;
5125         }
5126
5127         nc->pagecnt_bias--;
5128         nc->offset = offset;
5129
5130         return nc->va + offset;
5131 }
5132 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5133
5134 /*
5135  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5136  */
5137 void page_frag_free(void *addr)
5138 {
5139         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5140
5141         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5142                 free_the_page(page, compound_order(page));
5143 }
5144 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5145
5146 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5147                 size_t size)
5148 {
5149         if (addr) {
5150                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5151                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5152
5153                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5154                 while (used < alloc_end) {
5155                         free_page(used);
5156                         used += PAGE_SIZE;
5157                 }
5158         }
5159         return (void *)addr;
5160 }
5161
5162 /**
5163  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5164  * @size: the number of bytes to allocate
5165  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5166  *
5167  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5168  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5169  * allocate memory in power-of-two pages.
5170  *
5171  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5172  *
5173  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5174  *
5175  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5176  */
5177 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5178 {
5179         unsigned int order = get_order(size);
5180         unsigned long addr;
5181
5182         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5183                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5184
5185         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5186         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5187 }
5188 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5189
5190 /**
5191  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5192  *                         pages on a node.
5193  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5194  * @size: the number of bytes to allocate
5195  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5196  *
5197  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5198  * back.
5199  *
5200  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5201  */
5202 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5203 {
5204         unsigned int order = get_order(size);
5205         struct page *p;
5206
5207         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5208                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5209
5210         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5211         if (!p)
5212                 return NULL;
5213         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5214 }
5215
5216 /**
5217  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5218  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5219  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5220  *
5221  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5222  */
5223 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5224 {
5225         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5226         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5227
5228         while (addr < end) {
5229                 free_page(addr);
5230                 addr += PAGE_SIZE;
5231         }
5232 }
5233 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5234
5235 /**
5236  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5237  * @offset: The zone index of the highest zone
5238  *
5239  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5240  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5241  * zone, the number of pages is calculated as:
5242  *
5243  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5244  *
5245  * Return: number of pages beyond high watermark.
5246  */
5247 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5248 {
5249         struct zoneref *z;
5250         struct zone *zone;
5251
5252         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5253         unsigned long sum = 0;
5254
5255         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5256
5257         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5258                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5259                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5260                 if (size > high)
5261                         sum += size - high;
5262         }
5263
5264         return sum;
5265 }
5266
5267 /**
5268  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5269  *
5270  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5271  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5272  *
5273  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5274  * ZONE_NORMAL.
5275  */
5276 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5277 {
5278         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5279 }
5280 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5281
5282 static inline void show_node(struct zone *zone)
5283 {
5284         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5285                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5286 }
5287
5288 long si_mem_available(void)
5289 {
5290         long available;
5291         unsigned long pagecache;
5292         unsigned long wmark_low = 0;
5293         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5294         unsigned long reclaimable;
5295         struct zone *zone;
5296         int lru;
5297
5298         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5299                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5300
5301         for_each_zone(zone)
5302                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5303
5304         /*
5305          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5306          * without causing swapping.
5307          */
5308         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5309
5310         /*
5311          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5312          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5313          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5314          */
5315         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5316         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5317         available += pagecache;
5318
5319         /*
5320          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5321          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5322          * low watermark.
5323          */
5324         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5325                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5326         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5327
5328         if (available < 0)
5329                 available = 0;
5330         return available;
5331 }
5332 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5333
5334 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5335 {
5336         val->totalram = totalram_pages();
5337         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5338         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5339         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5340         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5341         val->freehigh = nr_free_highpages();
5342         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5343 }
5344
5345 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5346
5347 #ifdef CONFIG_NUMA
5348 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5349 {
5350         int zone_type;          /* needs to be signed */
5351         unsigned long managed_pages = 0;
5352         unsigned long managed_highpages = 0;
5353         unsigned long free_highpages = 0;
5354         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5355
5356         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5357                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5358         val->totalram = managed_pages;
5359         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5360         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5361 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5362         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5363                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5364
5365                 if (is_highmem(zone)) {
5366                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5367                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5368                 }
5369         }
5370         val->totalhigh = managed_highpages;
5371         val->freehigh = free_highpages;
5372 #else
5373         val->totalhigh = managed_highpages;
5374         val->freehigh = free_highpages;
5375 #endif
5376         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5377 }
5378 #endif
5379
5380 /*
5381  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5382  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5383  */
5384 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5385 {
5386         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5387                 return false;
5388
5389         /*
5390          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5391          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5392          * have to be precise here.
5393          */
5394         if (!nodemask)
5395                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5396
5397         return !node_isset(nid, *nodemask);
5398 }
5399
5400 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5401
5402 static void show_migration_types(unsigned char type)
5403 {
5404         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5405                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5406                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5407                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5408                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5409 #ifdef CONFIG_CMA
5410                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5411 #endif
5412 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5413                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5414 #endif
5415         };
5416         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5417         char *p = tmp;
5418         int i;
5419
5420         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5421                 if (type & (1 << i))
5422                         *p++ = types[i];
5423         }
5424
5425         *p = '\0';
5426         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5427 }
5428
5429 /*
5430  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5431  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5432  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5433  *
5434  * Bits in @filter:
5435  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5436  *   cpuset.
5437  */
5438 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5439 {
5440         unsigned long free_pcp = 0;
5441         int cpu;
5442         struct zone *zone;
5443         pg_data_t *pgdat;
5444
5445         for_each_populated_zone(zone) {
5446                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5447                         continue;
5448
5449                 for_each_online_cpu(cpu)
5450                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5451         }
5452
5453         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5454                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5455                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5456                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5457                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5458                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5459                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5460                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5461                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5462                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5463                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5464                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5465                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5466                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5467                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5468                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5469                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5470                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5471                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5472                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5473                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5474                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5475                 free_pcp,
5476                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5477
5478         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5479                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5480                         continue;
5481
5482                 printk("Node %d"
5483                         " active_anon:%lukB"
5484                         " inactive_anon:%lukB"
5485                         " active_file:%lukB"
5486                         " inactive_file:%lukB"
5487                         " unevictable:%lukB"
5488                         " isolated(anon):%lukB"
5489                         " isolated(file):%lukB"
5490                         " mapped:%lukB"
5491                         " dirty:%lukB"
5492                         " writeback:%lukB"
5493                         " shmem:%lukB"
5494 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5495                         " shmem_thp: %lukB"
5496 #ifdef CONFIG_FINEGRAINED_THP
5497                         " shmem_64kb_thp: %lukB"
5498 #endif /* CONFIG_FINEGRAINED_THP */
5499                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5500                         " anon_thp: %lukB"
5501 #endif
5502                         " writeback_tmp:%lukB"
5503                         " kernel_stack:%lukB"
5504 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5505                         " shadow_call_stack:%lukB"
5506 #endif
5507                         " all_unreclaimable? %s"
5508                         "\n",
5509                         pgdat->node_id,
5510                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5511                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5512                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5513                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5514                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5515                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5516                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5517                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5518                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5519                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5520                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5521 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5522                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5523 #ifdef CONFIG_FINEGRAINED_THP
5524                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_64KB_THPS) * HPAGE_CONT_PTE_NR),
5525 #endif /* CONFIG_FINEGRAINED_THP */
5526                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5527                                         * HPAGE_PMD_NR),
5528                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5529 #endif
5530                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5531                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5532 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5533                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5534 #endif
5535                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5536                                 "yes" : "no");
5537         }
5538
5539         for_each_populated_zone(zone) {
5540                 int i;
5541
5542                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5543                         continue;
5544
5545                 free_pcp = 0;
5546                 for_each_online_cpu(cpu)
5547                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5548
5549                 show_node(zone);
5550                 printk(KERN_CONT
5551                         "%s"
5552                         " free:%lukB"
5553                         " min:%lukB"
5554                         " low:%lukB"
5555                         " high:%lukB"
5556                         " reserved_highatomic:%luKB"
5557                         " active_anon:%lukB"
5558                         " inactive_anon:%lukB"
5559                         " active_file:%lukB"
5560                         " inactive_file:%lukB"
5561                         " unevictable:%lukB"
5562                         " writepending:%lukB"
5563                         " present:%lukB"
5564                         " managed:%lukB"
5565                         " mlocked:%lukB"
5566                         " pagetables:%lukB"
5567                         " bounce:%lukB"
5568                         " free_pcp:%lukB"
5569                         " local_pcp:%ukB"
5570                         " free_cma:%lukB"
5571                         "\n",
5572                         zone->name,
5573                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5574                         K(min_wmark_pages(zone)),
5575                         K(low_wmark_pages(zone)),
5576                         K(high_wmark_pages(zone)),
5577                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5578                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5579                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5580                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5581                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5582                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5583                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5584                         K(zone->present_pages),
5585                         K(zone_managed_pages(zone)),
5586                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5587                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5588                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5589                         K(free_pcp),
5590                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5591                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5592                 printk("lowmem_reserve[]:");
5593                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5594                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5595                 printk(KERN_CONT "\n");
5596         }
5597
5598         for_each_populated_zone(zone) {
5599                 unsigned int order;
5600                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5601                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5602
5603                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5604                         continue;
5605                 show_node(zone);
5606                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5607
5608                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5609                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5610                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5611                         int type;
5612
5613                         nr[order] = area->nr_free;
5614                         total += nr[order] << order;
5615
5616                         types[order] = 0;
5617                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5618                                 if (!free_area_empty(area, type))
5619                                         types[order] |= 1 << type;
5620                         }
5621                 }
5622                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5623                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5624                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5625                                nr[order], K(1UL) << order);
5626                         if (nr[order])
5627                                 show_migration_types(types[order]);
5628                 }
5629                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5630         }
5631
5632         hugetlb_show_meminfo();
5633
5634         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5635
5636         show_swap_cache_info();
5637 }
5638
5639 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5640 {
5641         zoneref->zone = zone;
5642         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5643 }
5644
5645 /*
5646  * Builds allocation fallback zone lists.
5647  *
5648  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5649  */
5650 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5651 {
5652         struct zone *zone;
5653         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5654         int nr_zones = 0;
5655
5656         do {
5657                 zone_type--;
5658                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5659                 if (managed_zone(zone)) {
5660                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5661                         check_highest_zone(zone_type);
5662                 }
5663         } while (zone_type);
5664
5665         return nr_zones;
5666 }
5667
5668 #ifdef CONFIG_NUMA
5669
5670 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5671 {
5672         /*
5673          * We used to support different zonlists modes but they turned
5674          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5675          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5676          * not fail it silently
5677          */
5678         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5679                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5680                 return -EINVAL;
5681         }
5682         return 0;
5683 }
5684
5685 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5686
5687 /*
5688  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5689  */
5690 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5691                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5692 {
5693         if (write)
5694                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5695         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5696 }
5697
5698
5699 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5700 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5701
5702 /**
5703  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5704  * @node: node whose fallback list we're appending
5705  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5706  *
5707  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5708  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5709  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5710  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5711  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5712  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5713  * on them otherwise.
5714  *
5715  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5716  */
5717 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5718 {
5719         int n, val;
5720         int min_val = INT_MAX;
5721         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5722
5723         /* Use the local node if we haven't already */
5724         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5725                 node_set(node, *used_node_mask);
5726                 return node;
5727         }
5728
5729         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5730
5731                 /* Don't want a node to appear more than once */
5732                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5733                         continue;
5734
5735                 /* Use the distance array to find the distance */
5736                 val = node_distance(node, n);
5737
5738                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5739                 val += (n < node);
5740
5741                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5742                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5743                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5744
5745                 /* Slight preference for less loaded node */
5746                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5747                 val += node_load[n];
5748
5749                 if (val < min_val) {
5750                         min_val = val;
5751                         best_node = n;
5752                 }
5753         }
5754
5755         if (best_node >= 0)
5756                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5757
5758         return best_node;
5759 }
5760
5761
5762 /*
5763  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5764  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5765  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5766  */
5767 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5768                 unsigned nr_nodes)
5769 {
5770         struct zoneref *zonerefs;
5771         int i;
5772
5773         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5774
5775         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5776                 int nr_zones;
5777
5778                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5779
5780                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5781                 zonerefs += nr_zones;
5782         }
5783         zonerefs->zone = NULL;
5784         zonerefs->zone_idx = 0;
5785 }
5786
5787 /*
5788  * Build gfp_thisnode zonelists
5789  */
5790 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5791 {
5792         struct zoneref *zonerefs;
5793         int nr_zones;
5794
5795         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5796         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5797         zonerefs += nr_zones;
5798         zonerefs->zone = NULL;
5799         zonerefs->zone_idx = 0;
5800 }
5801
5802 /*
5803  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5804  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5805  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5806  * may still exist in local DMA zone.
5807  */
5808
5809 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5810 {
5811         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5812         int node, load, nr_nodes = 0;
5813         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5814         int local_node, prev_node;
5815
5816         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5817         local_node = pgdat->node_id;
5818         load = nr_online_nodes;
5819         prev_node = local_node;
5820
5821         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5822         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5823                 /*
5824                  * We don't want to pressure a particular node.
5825                  * So adding penalty to the first node in same
5826                  * distance group to make it round-robin.
5827                  */
5828                 if (node_distance(local_node, node) !=
5829                     node_distance(local_node, prev_node))
5830                         node_load[node] = load;
5831
5832                 node_order[nr_nodes++] = node;
5833                 prev_node = node;
5834                 load--;
5835         }
5836
5837         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5838         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5839 }
5840
5841 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5842 /*
5843  * Return node id of node used for "local" allocations.
5844  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5845  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5846  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5847  */
5848 int local_memory_node(int node)
5849 {
5850         struct zoneref *z;
5851
5852         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5853                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5854                                    NULL);
5855         return zone_to_nid(z->zone);
5856 }
5857 #endif
5858
5859 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5860 static void setup_min_slab_ratio(void);
5861 #else   /* CONFIG_NUMA */
5862
5863 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5864 {
5865         int node, local_node;
5866         struct zoneref *zonerefs;
5867         int nr_zones;
5868
5869         local_node = pgdat->node_id;
5870
5871         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5872         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5873         zonerefs += nr_zones;
5874
5875         /*
5876          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5877          * of all the other nodes.
5878          * We don't want to pressure a particular node, so when
5879          * building the zones for node N, we make sure that the
5880          * zones coming right after the local ones are those from
5881          * node N+1 (modulo N)
5882          */
5883         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5884                 if (!node_online(node))
5885                         continue;
5886                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5887                 zonerefs += nr_zones;
5888         }
5889         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5890                 if (!node_online(node))
5891                         continue;
5892                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5893                 zonerefs += nr_zones;
5894         }
5895
5896         zonerefs->zone = NULL;
5897         zonerefs->zone_idx = 0;
5898 }
5899
5900 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5901
5902 /*
5903  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5904  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5905  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5906  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5907  * with interrupts disabled.
5908  *
5909  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5910  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5911  * hotplugged processors.
5912  *
5913  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5914  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5915  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5916  */
5917 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5918 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5919 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5920
5921 static void __build_all_zonelists(void *data)
5922 {
5923         int nid;
5924         int __maybe_unused cpu;
5925         pg_data_t *self = data;
5926         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5927
5928         spin_lock(&lock);
5929
5930 #ifdef CONFIG_NUMA
5931         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5932 #endif
5933
5934         /*
5935          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5936          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5937          */
5938         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5939                 build_zonelists(self);
5940         } else {
5941                 for_each_online_node(nid) {
5942                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5943
5944                         build_zonelists(pgdat);
5945                 }
5946
5947 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5948                 /*
5949                  * We now know the "local memory node" for each node--
5950                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5951                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5952                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5953                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5954                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5955                  */
5956                 for_each_online_cpu(cpu)
5957                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5958 #endif
5959         }
5960
5961         spin_unlock(&lock);
5962 }
5963
5964 static noinline void __init
5965 build_all_zonelists_init(void)
5966 {
5967         int cpu;
5968
5969         __build_all_zonelists(NULL);
5970
5971         /*
5972          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5973          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5974          * each zone will be allocated later when the per cpu
5975          * allocator is available.
5976          *
5977          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5978          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5979          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5980          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5981          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5982          * (a chicken-egg dilemma).
5983          */
5984         for_each_possible_cpu(cpu)
5985                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5986
5987         mminit_verify_zonelist();
5988         cpuset_init_current_mems_allowed();
5989 }
5990
5991 /*
5992  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5993  *
5994  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5995  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5996  */
5997 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5998 {
5999         unsigned long vm_total_pages;
6000
6001         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6002                 build_all_zonelists_init();
6003         } else {
6004                 __build_all_zonelists(pgdat);
6005                 /* cpuset refresh routine should be here */
6006         }
6007         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6008         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6009         /*
6010          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6011          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6012          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6013          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6014          * disabled and enable it later
6015          */
6016         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6017                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6018         else
6019                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6020
6021         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6022                 nr_online_nodes,
6023                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6024                 vm_total_pages);
6025 #ifdef CONFIG_NUMA
6026         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6027 #endif
6028 }
6029
6030 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6031 static bool __meminit
6032 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6033 {
6034         static struct memblock_region *r;
6035
6036         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6037                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6038                         for_each_mem_region(r) {
6039                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6040                                         break;
6041                         }
6042                 }
6043                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6044                     memblock_is_mirror(r)) {
6045                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6046                         return true;
6047                 }
6048         }
6049         return false;
6050 }
6051
6052 /*
6053  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6054  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6055  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6056  *
6057  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6058  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6059  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6060  */
6061 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6062                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6063                 enum meminit_context context,
6064                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6065 {
6066         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6067         struct page *page;
6068
6069         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6070                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6071
6072 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6073         /*
6074          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6075          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6076          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6077          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6078          * the hotplug lock.
6079          */
6080         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6081                 if (!altmap)
6082                         return;
6083
6084                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6085                         start_pfn += altmap->reserve;
6086                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6087         }
6088 #endif
6089
6090         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6091                 /*
6092                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6093                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6094                  */
6095                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6096                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6097                                 continue;
6098                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6099                                 break;
6100                 }
6101
6102                 page = pfn_to_page(pfn);
6103                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6104                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6105                         __SetPageReserved(page);
6106
6107                 /*
6108                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6109                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6110                  * over the place during system boot.
6111                  */
6112                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6113                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6114                         cond_resched();
6115                 }
6116                 pfn++;
6117         }
6118 }
6119
6120 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6121 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6122                                    unsigned long start_pfn,
6123                                    unsigned long nr_pages,
6124                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6125 {
6126         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6127         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6128         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6129         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6130         unsigned long start = jiffies;
6131         int nid = pgdat->node_id;
6132
6133         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6134                 return;
6135
6136         /*
6137          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6138          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6139          * the end of that region and start processing the device pages.
6140          */
6141         if (altmap) {
6142                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6143                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6144         }
6145
6146         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6147                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6148
6149                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6150
6151                 /*
6152                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6153                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6154                  *
6155                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6156                  * the flag as we are still initializing the pages.
6157                  */
6158                 __SetPageReserved(page);
6159
6160                 /*
6161                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6162                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6163                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6164                  */
6165                 page->pgmap = pgmap;
6166                 page->zone_device_data = NULL;
6167
6168                 /*
6169                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6170                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6171                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6172                  * the address space during boot when many long-lived
6173                  * kernel allocations are made.
6174                  *
6175                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6176                  * because this is done early in section_activate()
6177                  */
6178                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6179                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6180                         cond_resched();
6181                 }
6182         }
6183
6184         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6185                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6186 }
6187
6188 #endif
6189 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6190 {
6191         unsigned int order, t;
6192         for_each_migratetype_order(order, t) {
6193                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6194                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6195         }
6196 }
6197
6198 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6199 /*
6200  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6201  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6202  * memmap_init_zone().
6203  *
6204  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6205  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6206  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6207  *   arbitrary section size
6208  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6209  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6210  *   nicely with memmap sections
6211  *
6212  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6213  * - PG_Reserved is set
6214  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6215  *   hole is in the middle of a zone
6216  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6217  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6218  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6219  *   section that will be appended to the zone/node below.
6220  */
6221 static u64 __meminit init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6222                                             unsigned long epfn,
6223                                             int zone, int node)
6224 {
6225         unsigned long pfn;
6226         u64 pgcnt = 0;
6227
6228         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6229                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6230                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6231                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6232                         continue;
6233                 }
6234                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6235                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6236                 pgcnt++;
6237         }
6238
6239         return pgcnt;
6240 }
6241 #else
6242 static inline u64 init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn,
6243                                          int zone, int node)
6244 {
6245         return 0;
6246 }
6247 #endif
6248
6249 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6250                                   unsigned long zone,
6251                                   unsigned long range_start_pfn)
6252 {
6253         static unsigned long hole_pfn;
6254         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6255         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6256         int i;
6257         u64 pgcnt = 0;
6258
6259         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6260                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6261                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6262
6263                 if (end_pfn > start_pfn) {
6264                         size = end_pfn - start_pfn;
6265                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, range_end_pfn,
6266                                          MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6267                 }
6268
6269                 if (hole_pfn < start_pfn)
6270                         pgcnt += init_unavailable_range(hole_pfn, start_pfn,
6271                                                         zone, nid);
6272                 hole_pfn = end_pfn;
6273         }
6274
6275 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6276         /*
6277          * Initialize the hole in the range [zone_end_pfn, section_end].
6278          * If zone boundary falls in the middle of a section, this hole
6279          * will be re-initialized during the call to this function for the
6280          * higher zone.
6281          */
6282         end_pfn = round_up(range_end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6283         if (hole_pfn < end_pfn)
6284                 pgcnt += init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn,
6285                                                 zone, nid);
6286 #endif
6287
6288         if (pgcnt)
6289                 pr_info("  %s zone: %llu pages in unavailable ranges\n",
6290                         zone_names[zone], pgcnt);
6291 }
6292
6293 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6294 {
6295 #ifdef CONFIG_MMU
6296         int batch;
6297
6298         /*
6299          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6300          * size of the zone.
6301          */
6302         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6303         /* But no more than a meg. */
6304         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6305                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6306         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6307         if (batch < 1)
6308                 batch = 1;
6309
6310         /*
6311          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6312          * of 2 value was found to be more likely to have
6313          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6314          *
6315          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6316          * batches of pages, one task can end up with a lot
6317          * of pages of one half of the possible page colors
6318          * and the other with pages of the other colors.
6319          */
6320         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6321
6322         return batch;
6323
6324 #else
6325         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6326          * conditions.
6327          *
6328          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6329          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6330          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6331          *
6332          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6333          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6334          * can be a significant delay between the individual batches being
6335          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6336          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6337          */
6338         return 0;
6339 #endif
6340 }
6341
6342 /*
6343  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6344  * ->batch must never be higher then ->high.
6345  * The following function updates them in a safe manner without read side
6346  * locking.
6347  *
6348  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6349  * those fields changing asynchronously (acording to the above rule).
6350  *
6351  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6352  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6353  * exist).
6354  */
6355 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6356                 unsigned long batch)
6357 {
6358        /* start with a fail safe value for batch */
6359         pcp->batch = 1;
6360         smp_wmb();
6361
6362        /* Update high, then batch, in order */
6363         pcp->high = high;
6364         smp_wmb();
6365
6366         pcp->batch = batch;
6367 }
6368
6369 /* a companion to pageset_set_high() */
6370 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6371 {
6372         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6373 }
6374
6375 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6376 {
6377         struct per_cpu_pages *pcp;
6378         int migratetype;
6379
6380         memset(p, 0, sizeof(*p));
6381
6382         pcp = &p->pcp;
6383         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6384                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6385 }
6386
6387 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6388 {
6389         pageset_init(p);
6390         pageset_set_batch(p, batch);
6391 }
6392
6393 /*
6394  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6395  * to the value high for the pageset p.
6396  */
6397 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6398                                 unsigned long high)
6399 {
6400         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6401         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6402                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6403
6404         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6405 }
6406
6407 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6408                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6409 {
6410         if (percpu_pagelist_fraction)
6411                 pageset_set_high(pcp,
6412                         (zone_managed_pages(zone) /
6413                                 percpu_pagelist_fraction));
6414         else
6415                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6416 }
6417
6418 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6419 {
6420         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6421
6422         pageset_init(pcp);
6423         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6424 }
6425
6426 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6427 {
6428         int cpu;
6429         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6430         for_each_possible_cpu(cpu)
6431                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6432 }
6433
6434 /*
6435  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6436  * Before this call only boot pagesets were available.
6437  */
6438 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6439 {
6440         struct pglist_data *pgdat;
6441         struct zone *zone;
6442         int __maybe_unused cpu;
6443
6444         for_each_populated_zone(zone)
6445                 setup_zone_pageset(zone);
6446
6447 #ifdef CONFIG_NUMA
6448         /*
6449          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6450          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6451          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6452          * the nodes these zones are associated with.
6453          */
6454         for_each_possible_cpu(cpu) {
6455                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6456                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6457                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6458         }
6459 #endif
6460
6461         for_each_online_pgdat(pgdat)
6462                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6463                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6464 }
6465
6466 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6467 {
6468         /*
6469          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6470          * relies on the ability of the linker to provide the
6471          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6472          */
6473         zone->pageset = &boot_pageset;
6474
6475         if (populated_zone(zone))
6476                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6477                         zone->name, zone->present_pages,
6478                                          zone_batchsize(zone));
6479 }
6480
6481 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6482                                         unsigned long zone_start_pfn,
6483                                         unsigned long size)
6484 {
6485         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6486         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6487
6488         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6489                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6490
6491         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6492
6493         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6494                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6495                         pgdat->node_id,
6496                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6497                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6498
6499         zone_init_free_lists(zone);
6500         zone->initialized = 1;
6501 }
6502
6503 /**
6504  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6505  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6506  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6507  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6508  *
6509  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6510  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6511  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6512  * PFNs will be 0.
6513  */
6514 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6515                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6516 {
6517         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6518         int i;
6519
6520         *start_pfn = -1UL;
6521         *end_pfn = 0;
6522
6523         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6524                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6525                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6526         }
6527
6528         if (*start_pfn == -1UL)
6529                 *start_pfn = 0;
6530 }
6531
6532 /*
6533  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6534  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6535  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6536  */
6537 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6538 {
6539         int zone_index;
6540         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6541                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6542                         continue;
6543
6544                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6545                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6546                         break;
6547         }
6548
6549         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6550         movable_zone = zone_index;
6551 }
6552
6553 /*
6554  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6555  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6556  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6557  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6558  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6559  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6560  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6561  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6562  */
6563 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6564                                         unsigned long zone_type,
6565                                         unsigned long node_start_pfn,
6566                                         unsigned long node_end_pfn,
6567                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6568                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6569 {
6570         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6571         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6572                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6573                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6574                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6575                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6576                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6577
6578                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6579                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6580                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6581                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6582                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6583
6584                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6585                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6586                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6587         }
6588 }
6589
6590 /*
6591  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6592  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6593  */
6594 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6595                                         unsigned long zone_type,
6596                                         unsigned long node_start_pfn,
6597                                         unsigned long node_end_pfn,
6598                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6599                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6600 {
6601         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6602         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6603         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6604         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6605                 return 0;
6606
6607         /* Get the start and end of the zone */
6608         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6609         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6610         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6611                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6612                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6613
6614         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6615         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6616                 return 0;
6617
6618         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6619         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6620         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6621
6622         /* Return the spanned pages */
6623         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6624 }
6625
6626 /*
6627  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6628  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6629  */
6630 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6631                                 unsigned long range_start_pfn,
6632                                 unsigned long range_end_pfn)
6633 {
6634         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6635         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6636         int i;
6637
6638         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6639                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6640                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6641                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6642         }
6643         return nr_absent;
6644 }
6645
6646 /**
6647  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6648  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6649  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6650  *
6651  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6652  */
6653 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6654                                                         unsigned long end_pfn)
6655 {
6656         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6657 }
6658
6659 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6660 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6661                                         unsigned long zone_type,
6662                                         unsigned long node_start_pfn,
6663                                         unsigned long node_end_pfn)
6664 {
6665         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6666         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6667         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6668         unsigned long nr_absent;
6669
6670         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6671         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6672                 return 0;
6673
6674         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6675         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6676
6677         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6678                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6679                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6680         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6681
6682         /*
6683          * ZONE_MOVABLE handling.
6684          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6685          * and vice versa.
6686          */
6687         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6688                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6689                 struct memblock_region *r;
6690
6691                 for_each_mem_region(r) {
6692                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6693                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6694                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6695                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6696
6697                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6698                             memblock_is_mirror(r))
6699                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6700
6701                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6702                             !memblock_is_mirror(r))
6703                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6704                 }
6705         }
6706
6707         return nr_absent;
6708 }
6709
6710 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6711                                                 unsigned long node_start_pfn,
6712                                                 unsigned long node_end_pfn)
6713 {
6714         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6715         enum zone_type i;
6716
6717         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6718                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6719                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6720                 unsigned long spanned, absent;
6721                 unsigned long size, real_size;
6722
6723                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6724                                                      node_start_pfn,
6725                                                      node_end_pfn,
6726                                                      &zone_start_pfn,
6727                                                      &zone_end_pfn);
6728                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6729                                                    node_start_pfn,
6730                                                    node_end_pfn);
6731
6732                 size = spanned;
6733                 real_size = size - absent;
6734
6735                 if (size)
6736                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6737                 else
6738                         zone->zone_start_pfn = 0;
6739                 zone->spanned_pages = size;
6740                 zone->present_pages = real_size;
6741
6742                 totalpages += size;
6743                 realtotalpages += real_size;
6744         }
6745
6746         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6747         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6748         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6749                                                         realtotalpages);
6750 }
6751
6752 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6753 /*
6754  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6755  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6756  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6757  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6758  * bytes.
6759  */
6760 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6761 {
6762         unsigned long usemapsize;
6763
6764         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6765         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6766         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6767         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6768         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6769
6770         return usemapsize / 8;
6771 }
6772
6773 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6774                                 struct zone *zone,
6775                                 unsigned long zone_start_pfn,
6776                                 unsigned long zonesize)
6777 {
6778         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6779         zone->pageblock_flags = NULL;
6780         if (usemapsize) {
6781                 zone->pageblock_flags =
6782                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6783                                             pgdat->node_id);
6784                 if (!zone->pageblock_flags)
6785                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6786                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6787         }
6788 }
6789 #else
6790 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6791                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6792 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6793
6794 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6795
6796 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6797 void __init set_pageblock_order(void)
6798 {
6799         unsigned int order;
6800
6801         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6802         if (pageblock_order)
6803                 return;
6804
6805         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6806                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6807         else
6808                 order = MAX_ORDER - 1;
6809
6810         /*
6811          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6812          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6813          * powerpc.
6814          */
6815         pageblock_order = order;
6816 }
6817 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6818
6819 /*
6820  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6821  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6822  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6823  * the kernel config
6824  */
6825 void __init set_pageblock_order(void)
6826 {
6827 }
6828
6829 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6830
6831 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6832                                                 unsigned long present_pages)
6833 {
6834         unsigned long pages = spanned_pages;
6835
6836         /*
6837          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6838          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6839          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6840          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6841          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6842          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6843          */
6844         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6845             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6846                 pages = present_pages;
6847
6848         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6849 }
6850
6851 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6852 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6853 {
6854         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6855
6856         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6857         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6858         ds_queue->split_queue_len = 0;
6859 }
6860 #else
6861 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6862 #endif
6863
6864 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6865 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6866 {
6867         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6868 }
6869 #else
6870 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6871 #endif
6872
6873 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6874 {
6875         pgdat_resize_init(pgdat);
6876
6877         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6878         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6879
6880         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6881         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6882
6883         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6884         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6885         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6886 }
6887
6888 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6889                                                         unsigned long remaining_pages)
6890 {
6891         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6892         zone_set_nid(zone, nid);
6893         zone->name = zone_names[idx];
6894         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6895         spin_lock_init(&zone->lock);
6896         zone_seqlock_init(zone);
6897         zone_pcp_init(zone);
6898 }
6899
6900 /*
6901  * Set up the zone data structures
6902  * - init pgdat internals
6903  * - init all zones belonging to this node
6904  *
6905  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6906  */
6907 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6908 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6909 {
6910         enum zone_type z;
6911         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6912
6913         pgdat_init_internals(pgdat);
6914         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6915                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6916 }
6917 #endif
6918
6919 /*
6920  * Set up the zone data structures:
6921  *   - mark all pages reserved
6922  *   - mark all memory queues empty
6923  *   - clear the memory bitmaps
6924  *
6925  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6926  * NOTE: this function is only called during early init.
6927  */
6928 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6929 {
6930         enum zone_type j;
6931         int nid = pgdat->node_id;
6932
6933         pgdat_init_internals(pgdat);
6934         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6935
6936         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6937                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6938                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6939                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6940
6941                 size = zone->spanned_pages;
6942                 freesize = zone->present_pages;
6943
6944                 /*
6945                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6946                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6947                  * and per-cpu initialisations
6948                  */
6949                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6950                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6951                         if (freesize >= memmap_pages) {
6952                                 freesize -= memmap_pages;
6953                                 if (memmap_pages)
6954                                         printk(KERN_DEBUG
6955                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6956                                                zone_names[j], memmap_pages);
6957                         } else
6958                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6959                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6960                 }
6961
6962                 /* Account for reserved pages */
6963                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6964                         freesize -= dma_reserve;
6965                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6966                                         zone_names[0], dma_reserve);
6967                 }
6968
6969                 if (!is_highmem_idx(j))
6970                         nr_kernel_pages += freesize;
6971                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6972                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6973                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6974                 nr_all_pages += freesize;
6975
6976                 /*
6977                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6978                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6979                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6980                  */
6981                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6982
6983                 if (!size)
6984                         continue;
6985
6986                 set_pageblock_order();
6987                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6988                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6989                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6990         }
6991 }
6992
6993 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6994 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6995 {
6996         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6997         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6998
6999         /* Skip empty nodes */
7000         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7001                 return;
7002
7003         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7004         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7005         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7006         if (!pgdat->node_mem_map) {
7007                 unsigned long size, end;
7008                 struct page *map;
7009
7010                 /*
7011                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7012                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7013                  * for the buddy allocator to function correctly.
7014                  */
7015                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7016                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7017                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7018                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7019                                           pgdat->node_id);
7020                 if (!map)
7021                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7022                               size, pgdat->node_id);
7023                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7024         }
7025         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7026                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7027                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7028 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7029         /*
7030          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7031          */
7032         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7033                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7034                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7035                         mem_map -= offset;
7036         }
7037 #endif
7038 }
7039 #else
7040 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7041 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7042
7043 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7044 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7045 {
7046         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7047 }
7048 #else
7049 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7050 #endif
7051
7052 static void __init free_area_init_node(int nid)
7053 {
7054         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7055         unsigned long start_pfn = 0;
7056         unsigned long end_pfn = 0;
7057
7058         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7059         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7060
7061         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7062
7063         pgdat->node_id = nid;
7064         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7065         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7066
7067         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7068                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7069                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7070         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7071
7072         alloc_node_mem_map(pgdat);
7073         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7074
7075         free_area_init_core(pgdat);
7076 }
7077
7078 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7079 {
7080         free_area_init_node(nid);
7081 }
7082
7083 #if MAX_NUMNODES > 1
7084 /*
7085  * Figure out the number of possible node ids.
7086  */
7087 void __init setup_nr_node_ids(void)
7088 {
7089         unsigned int highest;
7090
7091         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7092         nr_node_ids = highest + 1;
7093 }
7094 #endif
7095
7096 /**
7097  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7098  *
7099  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7100  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7101  * all the nodes.
7102  *
7103  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7104  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7105  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7106  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7107  *
7108  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7109  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7110  * populated node map.
7111  *
7112  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7113  * requirement (single node).
7114  */
7115 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7116 {
7117         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7118         unsigned long start, end, mask;
7119         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7120         int i, nid;
7121
7122         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7123                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7124                         last_nid = nid;
7125                         last_end = end;
7126                         continue;
7127                 }
7128
7129                 /*
7130                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7131                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7132                  * too coarse to separate the current node from the last.
7133                  */
7134                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7135                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7136                         mask <<= 1;
7137
7138                 /* accumulate all internode masks */
7139                 accl_mask |= mask;
7140         }
7141
7142         /* convert mask to number of pages */
7143         return ~accl_mask + 1;
7144 }
7145
7146 /**
7147  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7148  *
7149  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7150  * memblock_set_node().
7151  */
7152 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7153 {
7154         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7155 }
7156
7157 /*
7158  * early_calculate_totalpages()
7159  * Sum pages in active regions for movable zone.
7160  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7161  */
7162 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7163 {
7164         unsigned long totalpages = 0;
7165         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7166         int i, nid;
7167
7168         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7169                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7170
7171                 totalpages += pages;
7172                 if (pages)
7173                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7174         }
7175         return totalpages;
7176 }
7177
7178 /*
7179  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7180  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7181  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7182  * others
7183  */
7184 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7185 {
7186         int i, nid;
7187         unsigned long usable_startpfn;
7188         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7189         /* save the state before borrow the nodemask */
7190         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7191         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7192         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7193         struct memblock_region *r;
7194
7195         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7196         find_usable_zone_for_movable();
7197
7198         /*
7199          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7200          * options.
7201          */
7202         if (movable_node_is_enabled()) {
7203                 for_each_mem_region(r) {
7204                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7205                                 continue;
7206
7207                         nid = memblock_get_region_node(r);
7208
7209                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7210                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7211                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7212                                 usable_startpfn;
7213                 }
7214
7215                 goto out2;
7216         }
7217
7218         /*
7219          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7220          */
7221         if (mirrored_kernelcore) {
7222                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7223
7224                 for_each_mem_region(r) {
7225                         if (memblock_is_mirror(r))
7226                                 continue;
7227
7228                         nid = memblock_get_region_node(r);
7229
7230                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7231
7232                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7233                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7234                                 continue;
7235                         }
7236
7237                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7238                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7239                                 usable_startpfn;
7240                 }
7241
7242                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7243                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7244
7245                 goto out2;
7246         }
7247
7248         /*
7249          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7250          * amount of necessary memory.
7251          */
7252         if (required_kernelcore_percent)
7253                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7254                                        10000UL;
7255         if (required_movablecore_percent)
7256                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7257                                         10000UL;
7258
7259         /*
7260          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7261          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7262          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7263          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7264          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7265          * what movablecore would have allowed.
7266          */
7267         if (required_movablecore) {
7268                 unsigned long corepages;
7269
7270                 /*
7271                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7272                  * was requested by the user
7273                  */
7274                 required_movablecore =
7275                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7276                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7277                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7278
7279                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7280         }
7281
7282         /*
7283          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7284          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7285          */
7286         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7287                 goto out;
7288
7289         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7290         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7291
7292 restart:
7293         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7294         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7295         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7296                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7297
7298                 /*
7299                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7300                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7301                  * amount of memory for the kernel
7302                  */
7303                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7304                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7305
7306                 /*
7307                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7308                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7309                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7310                  */
7311                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7312
7313                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7314                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7315                         unsigned long size_pages;
7316
7317                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7318                         if (start_pfn >= end_pfn)
7319                                 continue;
7320
7321                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7322                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7323                                 unsigned long kernel_pages;
7324                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7325                                                                 - start_pfn;
7326
7327                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7328                                                         kernelcore_remaining);
7329                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7330                                                         required_kernelcore);
7331
7332                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7333                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7334
7335                                         /*
7336                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7337                                          * that if we have to rebalance
7338                                          * kernelcore across nodes, we will
7339                                          * not double account here
7340                                          */
7341                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7342                                         continue;
7343                                 }
7344                                 start_pfn = usable_startpfn;
7345                         }
7346
7347                         /*
7348                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7349                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7350                          * number of pages used as kernelcore
7351                          */
7352                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7353                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7354                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7355                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7356
7357                         /*
7358                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7359                          * break if the kernelcore for this node has been
7360                          * satisfied
7361                          */
7362                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7363                                                                 size_pages);
7364                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7365                         if (!kernelcore_remaining)
7366                                 break;
7367                 }
7368         }
7369
7370         /*
7371          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7372          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7373          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7374          * satisfied
7375          */
7376         usable_nodes--;
7377         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7378                 goto restart;
7379
7380 out2:
7381         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7382         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7383                 zone_movable_pfn[nid] =
7384                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7385
7386 out:
7387         /* restore the node_state */
7388         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7389 }
7390
7391 /* Any regular or high memory on that node ? */
7392 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7393 {
7394         enum zone_type zone_type;
7395
7396         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7397                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7398                 if (populated_zone(zone)) {
7399                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7400                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7401                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7402                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7403                         break;
7404                 }
7405         }
7406 }
7407
7408 /*
7409  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7410  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7411  */
7412 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7413 {
7414         return false;
7415 }
7416
7417 /**
7418  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7419  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7420  *
7421  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7422  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7423  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7424  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7425  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7426  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7427  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7428  * at arch_max_dma_pfn.
7429  */
7430 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7431 {
7432         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7433         int i, nid, zone;
7434         bool descending;
7435
7436         /* Record where the zone boundaries are */
7437         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7438                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7439         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7440                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7441
7442         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7443         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7444
7445         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7446                 if (descending)
7447                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7448                 else
7449                         zone = i;
7450
7451                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7452                         continue;
7453
7454                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7455                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7456                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7457
7458                 start_pfn = end_pfn;
7459         }
7460
7461         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7462         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7463         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7464
7465         /* Print out the zone ranges */
7466         pr_info("Zone ranges:\n");
7467         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7468                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7469                         continue;
7470                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7471                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7472                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7473                         pr_cont("empty\n");
7474                 else
7475                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7476                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7477                                         << PAGE_SHIFT,
7478                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7479                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7480         }
7481
7482         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7483         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7484         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7485                 if (zone_movable_pfn[i])
7486                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7487                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7488         }
7489
7490         /*
7491          * Print out the early node map, and initialize the
7492          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7493          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7494          */
7495         pr_info("Early memory node ranges\n");
7496         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7497                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7498                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7499                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7500                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7501         }
7502
7503         /* Initialise every node */
7504         mminit_verify_pageflags_layout();
7505         setup_nr_node_ids();
7506         for_each_online_node(nid) {
7507                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7508                 free_area_init_node(nid);
7509
7510                 /* Any memory on that node */
7511                 if (pgdat->node_present_pages)
7512                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7513                 check_for_memory(pgdat, nid);
7514         }
7515 }
7516
7517 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7518                                      unsigned long *percent)
7519 {
7520         unsigned long long coremem;
7521         char *endptr;
7522
7523         if (!p)
7524                 return -EINVAL;
7525
7526         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7527         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7528         if (*endptr == '%') {
7529                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7530                 WARN_ON(coremem > 100);
7531
7532                 *percent = coremem;
7533         } else {
7534                 coremem = memparse(p, &p);
7535                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7536                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7537
7538                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7539                 *percent = 0UL;
7540         }
7541         return 0;
7542 }
7543
7544 /*
7545  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7546  * cannot be reclaimed or migrated.
7547  */
7548 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7549 {
7550         /* parse kernelcore=mirror */
7551         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7552                 mirrored_kernelcore = true;
7553                 return 0;
7554         }
7555
7556         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7557                                   &required_kernelcore_percent);
7558 }
7559
7560 /*
7561  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7562  * can be reclaimed or migrated.
7563  */
7564 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7565 {
7566         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7567                                   &required_movablecore_percent);
7568 }
7569
7570 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7571 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7572
7573 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7574 {
7575         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7576         totalram_pages_add(count);
7577 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7578         if (PageHighMem(page))
7579                 totalhigh_pages_add(count);
7580 #endif
7581 }
7582 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7583
7584 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7585 {
7586         void *pos;
7587         unsigned long pages = 0;
7588
7589         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7590         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7591         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7592                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7593                 void *direct_map_addr;
7594
7595                 /*
7596                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7597                  * because some architectures' virt_to_page()
7598                  * work with aliases.  Getting the direct map
7599                  * address ensures that we get a _writeable_
7600                  * alias for the memset().
7601                  */
7602                 direct_map_addr = page_address(page);
7603                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7604                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7605
7606                 free_reserved_page(page);
7607         }
7608
7609         if (pages && s)
7610                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7611                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7612
7613         return pages;
7614 }
7615
7616 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7617 void free_highmem_page(struct page *page)
7618 {
7619         __free_reserved_page(page);
7620         totalram_pages_inc();
7621         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7622         totalhigh_pages_inc();
7623 }
7624 #endif
7625
7626
7627 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7628 {
7629         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7630         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7631
7632         physpages = get_num_physpages();
7633         codesize = _etext - _stext;
7634         datasize = _edata - _sdata;
7635         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7636         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7637         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7638         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7639
7640         /*
7641          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7642          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7643          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7644          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7645          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7646          */
7647 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7648         do { \
7649                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7650                         size -= adj; \
7651         } while (0)
7652
7653         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7654                      _sinittext, init_code_size);
7655         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7656         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7657         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7658         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7659
7660 #undef  adj_init_size
7661
7662         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7663 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7664                 ", %luK highmem"
7665 #endif
7666                 "%s%s)\n",
7667                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7668                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7669                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7670                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7671                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7672                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7673 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7674                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7675 #endif
7676                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7677 }
7678
7679 /**
7680  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7681  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7682  *
7683  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7684  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7685  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7686  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7687  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7688  * smaller per-cpu batchsize.
7689  */
7690 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7691 {
7692         dma_reserve = new_dma_reserve;
7693 }
7694
7695 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7696 {
7697
7698         lru_add_drain_cpu(cpu);
7699         drain_pages(cpu);
7700
7701         /*
7702          * Spill the event counters of the dead processor
7703          * into the current processors event counters.
7704          * This artificially elevates the count of the current
7705          * processor.
7706          */
7707         vm_events_fold_cpu(cpu);
7708
7709         /*
7710          * Zero the differential counters of the dead processor
7711          * so that the vm statistics are consistent.
7712          *
7713          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7714          * race with what we are doing.
7715          */
7716         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7717         return 0;
7718 }
7719
7720 #ifdef CONFIG_NUMA
7721 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7722
7723 static int __init set_hashdist(char *str)
7724 {
7725         if (!str)
7726                 return 0;
7727         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7728         return 1;
7729 }
7730 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7731 #endif
7732
7733 void __init page_alloc_init(void)
7734 {
7735         int ret;
7736
7737 #ifdef CONFIG_NUMA
7738         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7739                 hashdist = 0;
7740 #endif
7741
7742         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7743                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7744                                         page_alloc_cpu_dead);
7745         WARN_ON(ret < 0);
7746 }
7747
7748 /*
7749  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7750  *      or min_free_kbytes changes.
7751  */
7752 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7753 {
7754         struct pglist_data *pgdat;
7755         unsigned long reserve_pages = 0;
7756         enum zone_type i, j;
7757
7758         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7759
7760                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7761
7762                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7763                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7764                         long max = 0;
7765                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7766
7767                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7768                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7769                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7770                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7771                         }
7772
7773                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7774                         max += high_wmark_pages(zone);
7775
7776                         if (max > managed_pages)
7777                                 max = managed_pages;
7778
7779                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7780
7781                         reserve_pages += max;
7782                 }
7783         }
7784         totalreserve_pages = reserve_pages;
7785 }
7786
7787 /*
7788  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7789  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7790  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7791  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7792  */
7793 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7794 {
7795         struct pglist_data *pgdat;
7796         enum zone_type j, idx;
7797
7798         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7799                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7800                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7801                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7802
7803                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7804
7805                         idx = j;
7806                         while (idx) {
7807                                 struct zone *lower_zone;
7808
7809                                 idx--;
7810                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7811
7812                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7813                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7814                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7815                                         continue;
7816                                 } else {
7817                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7818                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7819                                 }
7820                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7821                         }
7822                 }
7823         }
7824
7825         /* update totalreserve_pages */
7826         calculate_totalreserve_pages();
7827 }
7828
7829 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7830 {
7831         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7832         unsigned long lowmem_pages = 0;
7833         struct zone *zone;
7834         unsigned long flags;
7835
7836         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7837         for_each_zone(zone) {
7838                 if (!is_highmem(zone))
7839                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7840         }
7841
7842         for_each_zone(zone) {
7843                 u64 tmp;
7844
7845                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7846                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7847                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7848                 if (is_highmem(zone)) {
7849                         /*
7850                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7851                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7852                          * value here.
7853                          *
7854                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7855                          * deltas control async page reclaim, and so should
7856                          * not be capped for highmem.
7857                          */
7858                         unsigned long min_pages;
7859
7860                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7861                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7862                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7863                 } else {
7864                         /*
7865                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7866                          * proportionate to the zone's size.
7867                          */
7868                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7869                 }
7870
7871                 /*
7872                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7873                  * scale factor in proportion to available memory, but
7874                  * ensure a minimum size on small systems.
7875                  */
7876                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7877                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7878                                       watermark_scale_factor, 10000));
7879
7880                 zone->watermark_boost = 0;
7881                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7882                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7883
7884                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7885         }
7886
7887         /* update totalreserve_pages */
7888         calculate_totalreserve_pages();
7889 }
7890
7891 /**
7892  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7893  * or when memory is hot-{added|removed}
7894  *
7895  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7896  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7897  */
7898 void setup_per_zone_wmarks(void)
7899 {
7900         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7901
7902         spin_lock(&lock);
7903         __setup_per_zone_wmarks();
7904         spin_unlock(&lock);
7905 }
7906
7907 /*
7908  * Initialise min_free_kbytes.
7909  *
7910  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7911  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7912  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7913  *
7914  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7915  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7916  *
7917  * which yields
7918  *
7919  * 16MB:        512k
7920  * 32MB:        724k
7921  * 64MB:        1024k
7922  * 128MB:       1448k
7923  * 256MB:       2048k
7924  * 512MB:       2896k
7925  * 1024MB:      4096k
7926  * 2048MB:      5792k
7927  * 4096MB:      8192k
7928  * 8192MB:      11584k
7929  * 16384MB:     16384k
7930  */
7931 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7932 {
7933         unsigned long lowmem_kbytes;
7934         int new_min_free_kbytes;
7935
7936         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7937         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7938
7939         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7940                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7941                 if (min_free_kbytes < 128)
7942                         min_free_kbytes = 128;
7943                 if (min_free_kbytes > 262144)
7944                         min_free_kbytes = 262144;
7945         } else {
7946                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7947                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7948         }
7949         setup_per_zone_wmarks();
7950         refresh_zone_stat_thresholds();
7951         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7952
7953 #ifdef CONFIG_NUMA
7954         setup_min_unmapped_ratio();
7955         setup_min_slab_ratio();
7956 #endif
7957
7958         khugepaged_min_free_kbytes_update();
7959
7960         return 0;
7961 }
7962 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7963
7964 /*
7965  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7966  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7967  *      changes.
7968  */
7969 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7970                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7971 {
7972         int rc;
7973
7974         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7975         if (rc)
7976                 return rc;
7977
7978         if (write) {
7979                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7980                 setup_per_zone_wmarks();
7981         }
7982         return 0;
7983 }
7984
7985 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7986                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7987 {
7988         int rc;
7989
7990         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7991         if (rc)
7992                 return rc;
7993
7994         if (write)
7995                 setup_per_zone_wmarks();
7996
7997         return 0;
7998 }
7999
8000 #ifdef CONFIG_NUMA
8001 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8002 {
8003         pg_data_t *pgdat;
8004         struct zone *zone;
8005
8006         for_each_online_pgdat(pgdat)
8007                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8008
8009         for_each_zone(zone)
8010                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8011                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8012 }
8013
8014
8015 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8016                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8017 {
8018         int rc;
8019
8020         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8021         if (rc)
8022                 return rc;
8023
8024         setup_min_unmapped_ratio();
8025
8026         return 0;
8027 }
8028
8029 static void setup_min_slab_ratio(void)
8030 {
8031         pg_data_t *pgdat;
8032         struct zone *zone;
8033
8034         for_each_online_pgdat(pgdat)
8035                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8036
8037         for_each_zone(zone)
8038                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8039                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8040 }
8041
8042 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8043                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8044 {
8045         int rc;
8046
8047         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8048         if (rc)
8049                 return rc;
8050
8051         setup_min_slab_ratio();
8052
8053         return 0;
8054 }
8055 #endif
8056
8057 /*
8058  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8059  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8060  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8061  *
8062  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8063  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8064  * if in function of the boot time zone sizes.
8065  */
8066 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8067                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8068 {
8069         int i;
8070
8071         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8072
8073         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8074                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8075                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8076         }
8077
8078         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8079         return 0;
8080 }
8081
8082 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8083 {
8084         unsigned int cpu;
8085
8086         for_each_possible_cpu(cpu)
8087                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8088                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8089 }
8090
8091 /*
8092  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8093  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8094  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8095  */
8096 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8097                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8098 {
8099         struct zone *zone;
8100         int old_percpu_pagelist_fraction;
8101         int ret;
8102
8103         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8104         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8105
8106         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8107         if (!write || ret < 0)
8108                 goto out;
8109
8110         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8111         if (percpu_pagelist_fraction &&
8112             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8113                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8114                 ret = -EINVAL;
8115                 goto out;
8116         }
8117
8118         /* No change? */
8119         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8120                 goto out;
8121
8122         for_each_populated_zone(zone)
8123                 __zone_pcp_update(zone);
8124 out:
8125         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8126         return ret;
8127 }
8128
8129 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8130 /*
8131  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8132  * is not known to alloc_large_system_hash().
8133  */
8134 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8135 {
8136         return 0;
8137 }
8138 #endif
8139
8140 /*
8141  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8142  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8143  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8144  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8145  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8146  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8147  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8148  */
8149 #if __BITS_PER_LONG > 32
8150 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8151 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8152 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8153 #endif
8154
8155 /*
8156  * allocate a large system hash table from bootmem
8157  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8158  *   quantity of entries
8159  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8160  */
8161 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8162                                      unsigned long bucketsize,
8163                                      unsigned long numentries,
8164                                      int scale,
8165                                      int flags,
8166                                      unsigned int *_hash_shift,
8167                                      unsigned int *_hash_mask,
8168                                      unsigned long low_limit,
8169                                      unsigned long high_limit)
8170 {
8171         unsigned long long max = high_limit;
8172         unsigned long log2qty, size;
8173         void *table = NULL;
8174         gfp_t gfp_flags;
8175         bool virt;
8176
8177         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8178         if (!numentries) {
8179                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8180                 numentries = nr_kernel_pages;
8181                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8182
8183                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8184                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8185                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8186
8187 #if __BITS_PER_LONG > 32
8188                 if (!high_limit) {
8189                         unsigned long adapt;
8190
8191                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8192                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8193                                 scale++;
8194                 }
8195 #endif
8196
8197                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8198                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8199                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8200                 else
8201                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8202
8203                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8204                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8205                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8206                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8207                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8208                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8209                                 BUG_ON(!numentries);
8210                         }
8211                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8212                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8213         }
8214         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8215
8216         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8217         if (max == 0) {
8218                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8219                 do_div(max, bucketsize);
8220         }
8221         max = min(max, 0x80000000ULL);
8222
8223         if (numentries < low_limit)
8224                 numentries = low_limit;
8225         if (numentries > max)
8226                 numentries = max;
8227
8228         log2qty = ilog2(numentries);
8229
8230         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8231         do {
8232                 virt = false;
8233                 size = bucketsize << log2qty;
8234                 if (flags & HASH_EARLY) {
8235                         if (flags & HASH_ZERO)
8236                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8237                         else
8238                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8239                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8240                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8241                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8242                         virt = true;
8243                 } else {
8244                         /*
8245                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8246                          * some pages at the end of hash table which
8247                          * alloc_pages_exact() automatically does
8248                          */
8249                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8250                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8251                 }
8252         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8253
8254         if (!table)
8255                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8256
8257         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8258                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8259                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8260
8261         if (_hash_shift)
8262                 *_hash_shift = log2qty;
8263         if (_hash_mask)
8264                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8265
8266         return table;
8267 }
8268
8269 /*
8270  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8271  *
8272  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8273  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8274  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8275  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8276  *
8277  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8278  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8279  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8280  *
8281  */
8282 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8283                                  int migratetype, int flags)
8284 {
8285         unsigned long iter = 0;
8286         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8287         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8288
8289         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8290                 /*
8291                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8292                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8293                  * so consider them movable here.
8294                  */
8295                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8296                         return NULL;
8297
8298                 return page;
8299         }
8300
8301         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8302                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8303                         continue;
8304
8305                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8306
8307                 /*
8308                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8309                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8310                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8311                  * specifying "movablecore".
8312                  */
8313                 if (PageReserved(page))
8314                         return page;
8315
8316                 /*
8317                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8318                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8319                  * is movable.
8320                  */
8321                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8322                         continue;
8323
8324                 /*
8325                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8326                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8327                  * We need not scan over tail pages because we don't
8328                  * handle each tail page individually in migration.
8329                  */
8330                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8331                         struct page *head = compound_head(page);
8332                         unsigned int skip_pages;
8333
8334                         if (PageHuge(page)) {
8335                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8336                                         return page;
8337                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8338                                 return page;
8339                         }
8340
8341                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8342                         iter += skip_pages - 1;
8343                         continue;
8344                 }
8345
8346                 /*
8347                  * We can't use page_count without pin a page
8348                  * because another CPU can free compound page.
8349                  * This check already skips compound tails of THP
8350                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8351                  */
8352                 if (!page_ref_count(page)) {
8353                         if (PageBuddy(page))
8354                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8355                         continue;
8356                 }
8357
8358                 /*
8359                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8360                  * page_count() is not 0.
8361                  */
8362                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8363                         continue;
8364
8365                 /*
8366                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8367                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8368                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8369                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8370                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8371                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8372                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8373                  * (false negatives in this function only)
8374                  */
8375                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8376                         continue;
8377
8378                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8379                         continue;
8380
8381                 /*
8382                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8383                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8384                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8385                  */
8386                 return page;
8387         }
8388         return NULL;
8389 }
8390
8391 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8392 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8393 {
8394         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8395                              pageblock_nr_pages) - 1);
8396 }
8397
8398 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8399 {
8400         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8401                                 pageblock_nr_pages));
8402 }
8403
8404 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8405 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8406                                         unsigned long start, unsigned long end)
8407 {
8408         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8409         unsigned int nr_reclaimed;
8410         unsigned long pfn = start;
8411         unsigned int tries = 0;
8412         int ret = 0;
8413         struct migration_target_control mtc = {
8414                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8415                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8416         };
8417
8418         migrate_prep();
8419
8420         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8421                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8422                         pr_err("Fatal signal pending task: %s(%d), %#lx\n",
8423                                 current->comm, current->pid,
8424                                 current->pending.signal.sig[0]);
8425                         ret = -EINTR;
8426                         break;
8427                 }
8428
8429                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8430                         cc->nr_migratepages = 0;
8431                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8432                         if (!pfn) {
8433                                 ret = -EINTR;
8434                                 break;
8435                         }
8436                         tries = 0;
8437                 } else if (++tries == 5) {
8438                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8439                         break;
8440                 }
8441
8442                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8443                                                         &cc->migratepages);
8444                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8445
8446                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8447                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8448         }
8449         if (ret < 0) {
8450                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8451                 return ret;
8452         }
8453         return 0;
8454 }
8455
8456 /**
8457  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8458  * @start:      start PFN to allocate
8459  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8460  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8461  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8462  *                      in range must have the same migratetype and it must
8463  *                      be either of the two.
8464  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8465  *
8466  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8467  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8468  *
8469  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8470  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8471  * be modified by others.
8472  *
8473  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8474  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8475  * need to be freed with free_contig_range().
8476  */
8477 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8478                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8479 {
8480         unsigned long outer_start, outer_end;
8481         unsigned int order;
8482         int ret = 0;
8483
8484         struct compact_control cc = {
8485                 .nr_migratepages = 0,
8486                 .order = -1,
8487                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8488                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8489                 .ignore_skip_hint = true,
8490                 .no_set_skip_hint = true,
8491                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8492                 .alloc_contig = true,
8493         };
8494         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8495
8496         /*
8497          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8498          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8499          * have different sizes, and due to the way page allocator
8500          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8501          * that page allocator won't try to merge buddies from
8502          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8503          * other migration type.
8504          *
8505          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8506          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8507          * we are interested in).  This will put all the pages in
8508          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8509          *
8510          * When this is done, we take the pages in range from page
8511          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8512          * page allocator will never consider using them.
8513          *
8514          * This lets us mark the pageblocks back as
8515          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8516          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8517          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8518          */
8519
8520         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8521                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8522         if (ret)
8523                 return ret;
8524
8525         /*
8526          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8527          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8528          * which will report the busy page.
8529          *
8530          * It is possible that busy pages could become available before
8531          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8532          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8533          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8534          */
8535         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8536         if (ret && ret != -EBUSY)
8537                 goto done;
8538         ret =0;
8539
8540         /*
8541          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8542          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8543          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8544          * What we are going to do is to allocate all pages from
8545          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8546          *
8547          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8548          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8549          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8550          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8551          * once this is done free the pages we are not interested in.
8552          *
8553          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8554          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8555          */
8556
8557         lru_add_drain_all();
8558
8559         order = 0;
8560         outer_start = start;
8561         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8562                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8563                         outer_start = start;
8564                         break;
8565                 }
8566                 outer_start &= ~0UL << order;
8567         }
8568
8569         if (outer_start != start) {
8570                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8571
8572                 /*
8573                  * outer_start page could be small order buddy page and
8574                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8575                  * in this case to report failed page properly
8576                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8577                  */
8578                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8579                         outer_start = start;
8580         }
8581
8582         /* Make sure the range is really isolated. */
8583         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8584                 ret = -EBUSY;
8585                 goto done;
8586         }
8587
8588         /* Grab isolated pages from freelists. */
8589         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8590         if (!outer_end) {
8591                 ret = -EBUSY;
8592                 goto done;
8593         }
8594
8595         /* Free head and tail (if any) */
8596         if (start != outer_start)
8597                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8598         if (end != outer_end)
8599                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8600
8601 done:
8602         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8603                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8604         return ret;
8605 }
8606 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8607
8608 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8609                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8610 {
8611         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8612
8613         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8614                                   gfp_mask);
8615 }
8616
8617 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8618                                    unsigned long nr_pages)
8619 {
8620         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8621         struct page *page;
8622
8623         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8624                 page = pfn_to_online_page(i);
8625                 if (!page)
8626                         return false;
8627
8628                 if (page_zone(page) != z)
8629                         return false;
8630
8631                 if (PageReserved(page))
8632                         return false;
8633
8634                 if (page_count(page) > 0)
8635                         return false;
8636
8637                 if (PageHuge(page))
8638                         return false;
8639         }
8640         return true;
8641 }
8642
8643 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8644                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8645 {
8646         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8647
8648         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8649 }
8650
8651 /**
8652  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8653  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8654  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8655  * @nid:        Target node
8656  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8657  *
8658  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8659  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8660  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8661  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8662  *
8663  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8664  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8665  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8666  *
8667  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8668  * __free_page() on each allocated page.
8669  *
8670  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8671  */
8672 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8673                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8674 {
8675         unsigned long ret, pfn, flags;
8676         struct zonelist *zonelist;
8677         struct zone *zone;
8678         struct zoneref *z;
8679
8680         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8681         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8682                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8683                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8684
8685                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8686                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8687                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8688                                 /*
8689                                  * We release the zone lock here because
8690                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8691                                  * at some point. If there's an allocation
8692                                  * spinning on this lock, it may win the race
8693                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8694                                  */
8695                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8696                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8697                                                         gfp_mask);
8698                                 if (!ret)
8699                                         return pfn_to_page(pfn);
8700                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8701                         }
8702                         pfn += nr_pages;
8703                 }
8704                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8705         }
8706         return NULL;
8707 }
8708 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8709
8710 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
8711 {
8712         unsigned long count = 0;
8713
8714         for (; nr_pages--; pfn++) {
8715                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8716
8717                 count += page_count(page) != 1;
8718                 __free_page(page);
8719         }
8720         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
8721 }
8722 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8723
8724 /*
8725  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8726  * page high values need to be recalulated.
8727  */
8728 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8729 {
8730         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8731         __zone_pcp_update(zone);
8732         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8733 }
8734
8735 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8736 {
8737         unsigned long flags;
8738         int cpu;
8739         struct per_cpu_pageset *pset;
8740
8741         /* avoid races with drain_pages()  */
8742         local_irq_save(flags);
8743         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8744                 for_each_online_cpu(cpu) {
8745                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8746                         drain_zonestat(zone, pset);
8747                 }
8748                 free_percpu(zone->pageset);
8749                 zone->pageset = &boot_pageset;
8750         }
8751         local_irq_restore(flags);
8752 }
8753
8754 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8755 /*
8756  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8757  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8758  */
8759 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8760 {
8761         unsigned long pfn = start_pfn;
8762         struct page *page;
8763         struct zone *zone;
8764         unsigned int order;
8765         unsigned long flags;
8766
8767         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8768         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8769         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8770         while (pfn < end_pfn) {
8771                 page = pfn_to_page(pfn);
8772                 /*
8773                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8774                  * page_count() is not 0.
8775                  */
8776                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8777                         pfn++;
8778                         continue;
8779                 }
8780                 /*
8781                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8782                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8783                  */
8784                 if (PageOffline(page)) {
8785                         BUG_ON(page_count(page));
8786                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8787                         pfn++;
8788                         continue;
8789                 }
8790
8791                 BUG_ON(page_count(page));
8792                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8793                 order = buddy_order(page);
8794                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8795                 pfn += (1 << order);
8796         }
8797         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8798 }
8799 #endif
8800
8801 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8802 {
8803         struct zone *zone = page_zone(page);
8804         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8805         unsigned long flags;
8806         unsigned int order;
8807
8808         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8809         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8810                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8811
8812                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8813                         break;
8814         }
8815         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8816
8817         return order < MAX_ORDER;
8818 }
8819
8820 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8821 /*
8822  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8823  * buddy allocator.
8824  */
8825 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8826                                    struct page *target, int low, int high,
8827                                    int migratetype)
8828 {
8829         unsigned long size = 1 << high;
8830         struct page *current_buddy, *next_page;
8831
8832         while (high > low) {
8833                 high--;
8834                 size >>= 1;
8835
8836                 if (target >= &page[size]) {
8837                         next_page = page + size;
8838                         current_buddy = page;
8839                 } else {
8840                         next_page = page;
8841                         current_buddy = page + size;
8842                 }
8843
8844                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8845                         continue;
8846
8847                 if (current_buddy != target) {
8848                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8849                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8850                         page = next_page;
8851                 }
8852         }
8853 }
8854
8855 /*
8856  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8857  */
8858 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8859 {
8860         struct zone *zone = page_zone(page);
8861         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8862         unsigned long flags;
8863         unsigned int order;
8864         bool ret = false;
8865
8866         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8867         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8868                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8869                 int page_order = buddy_order(page_head);
8870
8871                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8872                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8873                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8874                                                                    pfn_head);
8875
8876                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8877                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8878                                                 page_order, migratetype);
8879                         ret = true;
8880                         break;
8881                 }
8882                 if (page_count(page_head) > 0)
8883                         break;
8884         }
8885         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8886         return ret;
8887 }
8888 #endif