Merge tag 'mm-hotfixes-stable-2022-05-27' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kerne...
[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/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84 #include "swap.h"
85
86 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
87 typedef int __bitwise fpi_t;
88
89 /* No special request */
90 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
91
92 /*
93  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
94  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
95  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
96  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
97  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
98  * putting it back unmodified.
99  */
100 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
101
102 /*
103  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
104  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
105  * shuffle the whole zone).
106  *
107  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
108  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
109  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
110  *       reporting).
111  */
112 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
113
114 /*
115  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
116  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
117  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
118  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
119  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
120  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
121  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
122  */
123 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
124
125 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
126 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
127 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
128
129 struct pagesets {
130         local_lock_t lock;
131 };
132 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
133         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
134 };
135
136 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
137 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
138 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
139 #endif
140
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
142
143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
144 /*
145  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
146  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
147  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
148  * defined in <linux/topology.h>.
149  */
150 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
151 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
152 #endif
153
154 /* work_structs for global per-cpu drains */
155 struct pcpu_drain {
156         struct zone *zone;
157         struct work_struct work;
158 };
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
160 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
161
162 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
163 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
164 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
165 #endif
166
167 /*
168  * Array of node states.
169  */
170 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
171         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
172         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
173 #ifndef CONFIG_NUMA
174         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
177 #endif
178         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
179         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
180 #endif  /* NUMA */
181 };
182 EXPORT_SYMBOL(node_states);
183
184 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
185 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
186 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
187 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
188
189 int percpu_pagelist_high_fraction;
190 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
191 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
192 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
193
194 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
195 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
196
197 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
198                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
199 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
200 {
201
202         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
203 }
204 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
205
206 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
207                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
208 static int __init early_init_on_free(char *buf)
209 {
210         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
211 }
212 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
213
214 /*
215  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
216  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
217  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
218  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
219  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
220  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
221  */
222 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
223 {
224         return page->index;
225 }
226
227 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
228 {
229         page->index = migratetype;
230 }
231
232 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
233 /*
234  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
235  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
236  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
237  * they should always be called with system_transition_mutex held
238  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
239  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
240  * with that modification).
241  */
242
243 static gfp_t saved_gfp_mask;
244
245 void pm_restore_gfp_mask(void)
246 {
247         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
248         if (saved_gfp_mask) {
249                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
250                 saved_gfp_mask = 0;
251         }
252 }
253
254 void pm_restrict_gfp_mask(void)
255 {
256         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
257         WARN_ON(saved_gfp_mask);
258         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
259         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
260 }
261
262 bool pm_suspended_storage(void)
263 {
264         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
265                 return false;
266         return true;
267 }
268 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
269
270 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
271 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
272 #endif
273
274 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
275                             fpi_t fpi_flags);
276
277 /*
278  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
279  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
280  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
281  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
282  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
283  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
284  *
285  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
286  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
287  */
288 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
290         [ZONE_DMA] = 256,
291 #endif
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
293         [ZONE_DMA32] = 256,
294 #endif
295         [ZONE_NORMAL] = 32,
296 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
297         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
298 #endif
299         [ZONE_MOVABLE] = 0,
300 };
301
302 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
304          "DMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
307          "DMA32",
308 #endif
309          "Normal",
310 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
311          "HighMem",
312 #endif
313          "Movable",
314 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
315          "Device",
316 #endif
317 };
318
319 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
320         "Unmovable",
321         "Movable",
322         "Reclaimable",
323         "HighAtomic",
324 #ifdef CONFIG_CMA
325         "CMA",
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
328         "Isolate",
329 #endif
330 };
331
332 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
333         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
334         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
335 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
336         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
337 #endif
338 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
339         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
340 #endif
341 };
342
343 int min_free_kbytes = 1024;
344 int user_min_free_kbytes = -1;
345 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
346 int watermark_scale_factor = 10;
347
348 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
349 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
350 static unsigned long dma_reserve __initdata;
351
352 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
355 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore __initdata;
357 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
358 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
359 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
360
361 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
362 int movable_zone;
363 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
364
365 #if MAX_NUMNODES > 1
366 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
367 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
368 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
369 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
370 #endif
371
372 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
373
374 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
375 /*
376  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
377  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
378  * and we can permanently disable that path.
379  */
380 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
381
382 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
383 {
384         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
421                 return true;
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444
445 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
446 {
447         return false;
448 }
449 #endif
450
451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
453                                                         unsigned long pfn)
454 {
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
457 #else
458         return page_zone(page)->pageblock_flags;
459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
460 }
461
462 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
463 {
464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
466 #else
467         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
470 }
471
472 static __always_inline
473 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
474                                         unsigned long pfn,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long word;
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485
486         word = bitmap[word_bitidx];
487         return (word >> bitidx) & mask;
488 }
489
490 /**
491  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
492  * @page: The page within the block of interest
493  * @pfn: The target page frame number
494  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
495  *
496  * Return: pageblock_bits flags
497  */
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
499                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
505                                         unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long mask)
520 {
521         unsigned long *bitmap;
522         unsigned long bitidx, word_bitidx;
523         unsigned long old_word, word;
524
525         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
526         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
527
528         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
529         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
530         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
531         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
532
533         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
534
535         mask <<= bitidx;
536         flags <<= bitidx;
537
538         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
539         for (;;) {
540                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
541                 if (word == old_word)
542                         break;
543                 word = old_word;
544         }
545 }
546
547 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
548 {
549         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
550                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
551                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
552
553         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
554                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
555 }
556
557 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
558 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
559 {
560         int ret = 0;
561         unsigned seq;
562         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
563         unsigned long sp, start_pfn;
564
565         do {
566                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
567                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
568                 sp = zone->spanned_pages;
569                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
570                         ret = 1;
571         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
572
573         if (ret)
574                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
575                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
576                         start_pfn, start_pfn + sp);
577
578         return ret;
579 }
580
581 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
582 {
583         if (zone != page_zone(page))
584                 return 0;
585
586         return 1;
587 }
588 /*
589  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
590  */
591 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
592 {
593         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
594                 return 1;
595         if (!page_is_consistent(zone, page))
596                 return 1;
597
598         return 0;
599 }
600 #else
601 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
602 {
603         return 0;
604 }
605 #endif
606
607 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
608 {
609         static unsigned long resume;
610         static unsigned long nr_shown;
611         static unsigned long nr_unshown;
612
613         /*
614          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
615          * or allow a steady drip of one report per second.
616          */
617         if (nr_shown == 60) {
618                 if (time_before(jiffies, resume)) {
619                         nr_unshown++;
620                         goto out;
621                 }
622                 if (nr_unshown) {
623                         pr_alert(
624                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
625                                 nr_unshown);
626                         nr_unshown = 0;
627                 }
628                 nr_shown = 0;
629         }
630         if (nr_shown++ == 0)
631                 resume = jiffies + 60 * HZ;
632
633         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
634                 current->comm, page_to_pfn(page));
635         dump_page(page, reason);
636
637         print_modules();
638         dump_stack();
639 out:
640         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
641         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
642         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
643 }
644
645 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
646 {
647         int base = order;
648
649 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
650         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
651                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
652                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
653         }
654 #else
655         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
656 #endif
657
658         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
659 }
660
661 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
662 {
663         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
664
665 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
666         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
667                 order = pageblock_order;
668 #else
669         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
670 #endif
671
672         return order;
673 }
674
675 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
676 {
677         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
678                 return true;
679 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
680         if (order == pageblock_order)
681                 return true;
682 #endif
683         return false;
684 }
685
686 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
687 {
688         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
689                 free_unref_page(page, order);
690         else
691                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
692 }
693
694 /*
695  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
696  *
697  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
698  *
699  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
700  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
701  *
702  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
703  * page destructors. See compound_page_dtors.
704  *
705  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
706  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
707  */
708
709 void free_compound_page(struct page *page)
710 {
711         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
712         free_the_page(page, compound_order(page));
713 }
714
715 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
716 {
717         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
718         set_compound_order(page, order);
719         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
720         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
721 }
722
723 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
724 {
725         struct page *p = head + tail_idx;
726
727         p->mapping = TAIL_MAPPING;
728         set_compound_head(p, head);
729 }
730
731 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
732 {
733         int i;
734         int nr_pages = 1 << order;
735
736         __SetPageHead(page);
737         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
738                 prep_compound_tail(page, i);
739
740         prep_compound_head(page, order);
741 }
742
743 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
744 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
745
746 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
747                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
748 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
749 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
750 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
751
752 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
753
754 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
755 {
756         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
757 }
758 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
759
760 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
761 {
762         unsigned long res;
763
764         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
765                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
766                 return 0;
767         }
768         _debug_guardpage_minorder = res;
769         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
770         return 0;
771 }
772 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
773
774 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
775                                 unsigned int order, int migratetype)
776 {
777         if (!debug_guardpage_enabled())
778                 return false;
779
780         if (order >= debug_guardpage_minorder())
781                 return false;
782
783         __SetPageGuard(page);
784         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
785         set_page_private(page, order);
786         /* Guard pages are not available for any usage */
787         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
788
789         return true;
790 }
791
792 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
793                                 unsigned int order, int migratetype)
794 {
795         if (!debug_guardpage_enabled())
796                 return;
797
798         __ClearPageGuard(page);
799
800         set_page_private(page, 0);
801         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
802                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
803 }
804 #else
805 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
806                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
807 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
808                                 unsigned int order, int migratetype) {}
809 #endif
810
811 /*
812  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
813  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
814  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
815  * enabled, and then make decisions.
816  */
817 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
818 {
819         bool page_poisoning_requested = false;
820
821 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
822         /*
823          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
824          * either of those options are enabled, enable poisoning.
825          */
826         if (page_poisoning_enabled() ||
827              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
828               debug_pagealloc_enabled())) {
829                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
830                 page_poisoning_requested = true;
831         }
832 #endif
833
834         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
835             page_poisoning_requested) {
836                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
837                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
838                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
839                 _init_on_free_enabled_early = false;
840         }
841
842         if (_init_on_alloc_enabled_early)
843                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
844         else
845                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
846
847         if (_init_on_free_enabled_early)
848                 static_branch_enable(&init_on_free);
849         else
850                 static_branch_disable(&init_on_free);
851
852 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
853         if (!debug_pagealloc_enabled())
854                 return;
855
856         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
857
858         if (!debug_guardpage_minorder())
859                 return;
860
861         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
862 #endif
863 }
864
865 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
866 {
867         set_page_private(page, order);
868         __SetPageBuddy(page);
869 }
870
871 #ifdef CONFIG_COMPACTION
872 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
873 {
874         struct capture_control *capc = current->capture_control;
875
876         return unlikely(capc) &&
877                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
878                 !capc->page &&
879                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
880 }
881
882 static inline bool
883 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
884                    int order, int migratetype)
885 {
886         if (!capc || order != capc->cc->order)
887                 return false;
888
889         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
890         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
891             is_migrate_isolate(migratetype))
892                 return false;
893
894         /*
895          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
896          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
897          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
898          * have trouble finding a high-order free page.
899          */
900         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
901                 return false;
902
903         capc->page = page;
904         return true;
905 }
906
907 #else
908 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
909 {
910         return NULL;
911 }
912
913 static inline bool
914 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
915                    int order, int migratetype)
916 {
917         return false;
918 }
919 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
920
921 /* Used for pages not on another list */
922 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
923                                     unsigned int order, int migratetype)
924 {
925         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
926
927         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
928         area->nr_free++;
929 }
930
931 /* Used for pages not on another list */
932 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
933                                          unsigned int order, int migratetype)
934 {
935         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
936
937         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
938         area->nr_free++;
939 }
940
941 /*
942  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
943  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
944  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
945  */
946 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
947                                      unsigned int order, int migratetype)
948 {
949         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
950
951         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
952 }
953
954 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
955                                            unsigned int order)
956 {
957         /* clear reported state and update reported page count */
958         if (page_reported(page))
959                 __ClearPageReported(page);
960
961         list_del(&page->lru);
962         __ClearPageBuddy(page);
963         set_page_private(page, 0);
964         zone->free_area[order].nr_free--;
965 }
966
967 /*
968  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
969  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
970  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
971  * that is happening, add the free page to the tail of the list
972  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
973  * as a higher order page
974  */
975 static inline bool
976 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
977                    struct page *page, unsigned int order)
978 {
979         unsigned long higher_page_pfn;
980         struct page *higher_page;
981
982         if (order >= MAX_ORDER - 2)
983                 return false;
984
985         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
986         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
987
988         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
989                         NULL) != NULL;
990 }
991
992 /*
993  * Freeing function for a buddy system allocator.
994  *
995  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
996  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
997  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
998  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
999  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1000  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1001  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1002  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1003  * parts of the VM system.
1004  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1005  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1006  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1007  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1008  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1009  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1010  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1011  * triggers coalescing into a block of larger size.
1012  *
1013  * -- nyc
1014  */
1015
1016 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1017                 unsigned long pfn,
1018                 struct zone *zone, unsigned int order,
1019                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1020 {
1021         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1022         unsigned long buddy_pfn;
1023         unsigned long combined_pfn;
1024         struct page *buddy;
1025         bool to_tail;
1026
1027         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1028         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1029
1030         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1031         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1032                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1033
1034         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1035         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1036
1037         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1038                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1039                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1040                                                                 migratetype);
1041                         return;
1042                 }
1043
1044                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1045                 if (!buddy)
1046                         goto done_merging;
1047
1048                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1049                         /*
1050                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1051                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1052                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1053                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1054                          */
1055                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1056
1057                         if (migratetype != buddy_mt
1058                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1059                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1060                                 goto done_merging;
1061                 }
1062
1063                 /*
1064                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1065                  * merge with it and move up one order.
1066                  */
1067                 if (page_is_guard(buddy))
1068                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1069                 else
1070                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1071                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1072                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1073                 pfn = combined_pfn;
1074                 order++;
1075         }
1076
1077 done_merging:
1078         set_buddy_order(page, order);
1079
1080         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1081                 to_tail = true;
1082         else if (is_shuffle_order(order))
1083                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1084         else
1085                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1086
1087         if (to_tail)
1088                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1089         else
1090                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1091
1092         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1093         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1094                 page_reporting_notify_free(order);
1095 }
1096
1097 /**
1098  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1099  * @free_page:          the original free page
1100  * @order:              the order of the page
1101  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1102  *
1103  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1104  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1105  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1106  * nothing.
1107  */
1108 void split_free_page(struct page *free_page,
1109                                 int order, unsigned long split_pfn_offset)
1110 {
1111         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1112         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1113         unsigned long pfn;
1114         unsigned long flags;
1115         int free_page_order;
1116
1117         if (split_pfn_offset == 0)
1118                 return;
1119
1120         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1121         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1122         for (pfn = free_page_pfn;
1123              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1124                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1125
1126                 free_page_order = min_t(int,
1127                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1128                                         __fls(split_pfn_offset));
1129                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1130                                 mt, FPI_NONE);
1131                 pfn += 1UL << free_page_order;
1132                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1133                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1134                 if (split_pfn_offset == 0)
1135                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1136         }
1137         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1138 }
1139 /*
1140  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1141  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1142  * check if necessary.
1143  */
1144 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1145                                         unsigned long check_flags)
1146 {
1147         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1148                 return false;
1149
1150         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1151                         page_ref_count(page) |
1152 #ifdef CONFIG_MEMCG
1153                         page->memcg_data |
1154 #endif
1155                         (page->flags & check_flags)))
1156                 return false;
1157
1158         return true;
1159 }
1160
1161 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1162 {
1163         const char *bad_reason = NULL;
1164
1165         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1166                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1167         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1168                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1169         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1170                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1171         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1172                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1173                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1174                 else
1175                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1176         }
1177 #ifdef CONFIG_MEMCG
1178         if (unlikely(page->memcg_data))
1179                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1180 #endif
1181         return bad_reason;
1182 }
1183
1184 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1185 {
1186         bad_page(page,
1187                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1188 }
1189
1190 static inline int check_free_page(struct page *page)
1191 {
1192         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1193                 return 0;
1194
1195         /* Something has gone sideways, find it */
1196         check_free_page_bad(page);
1197         return 1;
1198 }
1199
1200 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1201 {
1202         int ret = 1;
1203
1204         /*
1205          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1206          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1207          */
1208         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1209
1210         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1211                 ret = 0;
1212                 goto out;
1213         }
1214         switch (page - head_page) {
1215         case 1:
1216                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1217                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1218                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1219                         goto out;
1220                 }
1221                 break;
1222         case 2:
1223                 /*
1224                  * the second tail page: ->mapping is
1225                  * deferred_list.next -- ignore value.
1226                  */
1227                 break;
1228         default:
1229                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1230                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1231                         goto out;
1232                 }
1233                 break;
1234         }
1235         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1236                 bad_page(page, "PageTail not set");
1237                 goto out;
1238         }
1239         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1240                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1241                 goto out;
1242         }
1243         ret = 0;
1244 out:
1245         page->mapping = NULL;
1246         clear_compound_head(page);
1247         return ret;
1248 }
1249
1250 /*
1251  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1252  *
1253  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1254  *    see the explanation below.
1255  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1256  *    see the comment next to it.
1257  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1258  *    see the comment next to it.
1259  *
1260  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1261  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1262  * initialization is done with interrupt disabled.
1263  *
1264  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1265  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1266  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1267  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1268  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1269  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1270  */
1271 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1272 {
1273         return deferred_pages_enabled() ||
1274                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1275                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1276                PageSkipKASanPoison(page);
1277 }
1278
1279 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1280 {
1281         int i;
1282
1283         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1284         kasan_disable_current();
1285         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1286                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1287                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1288                 clear_highpage(page + i);
1289                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1290         }
1291         kasan_enable_current();
1292 }
1293
1294 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1295                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1296 {
1297         int bad = 0;
1298         bool init = want_init_on_free();
1299
1300         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1301
1302         trace_mm_page_free(page, order);
1303
1304         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1305                 /*
1306                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1307                  * Untie memcg state and reset page's owner
1308                  */
1309                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1310                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1311                 reset_page_owner(page, order);
1312                 page_table_check_free(page, order);
1313                 return false;
1314         }
1315
1316         /*
1317          * Check tail pages before head page information is cleared to
1318          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1319          */
1320         if (unlikely(order)) {
1321                 bool compound = PageCompound(page);
1322                 int i;
1323
1324                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1325
1326                 if (compound) {
1327                         ClearPageDoubleMap(page);
1328                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1329                 }
1330                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1331                         if (compound)
1332                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1333                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1334                                 bad++;
1335                                 continue;
1336                         }
1337                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1338                 }
1339         }
1340         if (PageMappingFlags(page))
1341                 page->mapping = NULL;
1342         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1343                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1344         if (check_free)
1345                 bad += check_free_page(page);
1346         if (bad)
1347                 return false;
1348
1349         page_cpupid_reset_last(page);
1350         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1351         reset_page_owner(page, order);
1352         page_table_check_free(page, order);
1353
1354         if (!PageHighMem(page)) {
1355                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1356                                            PAGE_SIZE << order);
1357                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1358                                            PAGE_SIZE << order);
1359         }
1360
1361         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1362
1363         /*
1364          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1365          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1366          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1367          *
1368          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1369          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1370          */
1371         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1372                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1373
1374                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1375                 if (kasan_has_integrated_init())
1376                         init = false;
1377         }
1378         if (init)
1379                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1380
1381         /*
1382          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1383          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1384          * happen after this.
1385          */
1386         arch_free_page(page, order);
1387
1388         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1389
1390         return true;
1391 }
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1394 /*
1395  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1396  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1397  * moved from pcp lists to free lists.
1398  */
1399 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1400 {
1401         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1402 }
1403
1404 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1405 {
1406         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1407                 return check_free_page(page);
1408         else
1409                 return false;
1410 }
1411 #else
1412 /*
1413  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1414  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1415  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1416  * to the pcp lists.
1417  */
1418 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1419 {
1420         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1421                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1422         else
1423                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1424 }
1425
1426 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1427 {
1428         return check_free_page(page);
1429 }
1430 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1431
1432 /*
1433  * Frees a number of pages from the PCP lists
1434  * Assumes all pages on list are in same zone.
1435  * count is the number of pages to free.
1436  */
1437 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1438                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1439                                         int pindex)
1440 {
1441         int min_pindex = 0;
1442         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1443         unsigned int order;
1444         bool isolated_pageblocks;
1445         struct page *page;
1446
1447         /*
1448          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1449          * below while (list_empty(list)) loop.
1450          */
1451         count = min(pcp->count, count);
1452
1453         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1454         pindex = pindex - 1;
1455
1456         /*
1457          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1458          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1459          */
1460         spin_lock(&zone->lock);
1461         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1462
1463         while (count > 0) {
1464                 struct list_head *list;
1465                 int nr_pages;
1466
1467                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1468                 do {
1469                         if (++pindex > max_pindex)
1470                                 pindex = min_pindex;
1471                         list = &pcp->lists[pindex];
1472                         if (!list_empty(list))
1473                                 break;
1474
1475                         if (pindex == max_pindex)
1476                                 max_pindex--;
1477                         if (pindex == min_pindex)
1478                                 min_pindex++;
1479                 } while (1);
1480
1481                 order = pindex_to_order(pindex);
1482                 nr_pages = 1 << order;
1483                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1484                 do {
1485                         int mt;
1486
1487                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1488                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1489
1490                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1491                         list_del(&page->lru);
1492                         count -= nr_pages;
1493                         pcp->count -= nr_pages;
1494
1495                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1496                                 continue;
1497
1498                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1499                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1500                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1501                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1502                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1503
1504                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1505                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1506                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1507         }
1508
1509         spin_unlock(&zone->lock);
1510 }
1511
1512 static void free_one_page(struct zone *zone,
1513                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1514                                 unsigned int order,
1515                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1516 {
1517         unsigned long flags;
1518
1519         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1520         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1521                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1522                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1523         }
1524         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1525         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1526 }
1527
1528 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1529                                 unsigned long zone, int nid)
1530 {
1531         mm_zero_struct_page(page);
1532         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1533         init_page_count(page);
1534         page_mapcount_reset(page);
1535         page_cpupid_reset_last(page);
1536         page_kasan_tag_reset(page);
1537
1538         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1539 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1540         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1541         if (!is_highmem_idx(zone))
1542                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1543 #endif
1544 }
1545
1546 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1547 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1548 {
1549         pg_data_t *pgdat;
1550         int nid, zid;
1551
1552         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1553                 return;
1554
1555         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1556         pgdat = NODE_DATA(nid);
1557
1558         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1559                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1560
1561                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1562                         break;
1563         }
1564         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1565 }
1566 #else
1567 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1568 {
1569 }
1570 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1571
1572 /*
1573  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1574  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1575  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1576  * sent to the buddy page allocator.
1577  */
1578 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1579 {
1580         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1581         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1582
1583         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1584                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1585                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1586
1587                         init_reserved_page(start_pfn);
1588
1589                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1590                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1591
1592                         /*
1593                          * no need for atomic set_bit because the struct
1594                          * page is not visible yet so nobody should
1595                          * access it yet.
1596                          */
1597                         __SetPageReserved(page);
1598                 }
1599         }
1600 }
1601
1602 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1603                             fpi_t fpi_flags)
1604 {
1605         unsigned long flags;
1606         int migratetype;
1607         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1608         struct zone *zone = page_zone(page);
1609
1610         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1611                 return;
1612
1613         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1614
1615         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1616         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1617                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1618                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1619         }
1620         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1621         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1622
1623         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1624 }
1625
1626 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1627 {
1628         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1629         struct page *p = page;
1630         unsigned int loop;
1631
1632         /*
1633          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1634          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1635          * refcount of all involved pages to 0.
1636          */
1637         prefetchw(p);
1638         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1639                 prefetchw(p + 1);
1640                 __ClearPageReserved(p);
1641                 set_page_count(p, 0);
1642         }
1643         __ClearPageReserved(p);
1644         set_page_count(p, 0);
1645
1646         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1647
1648         /*
1649          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1650          * relevant for memory onlining.
1651          */
1652         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1653 }
1654
1655 #ifdef CONFIG_NUMA
1656
1657 /*
1658  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1659  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1660  * treats start/end as pfns.
1661  */
1662 struct mminit_pfnnid_cache {
1663         unsigned long last_start;
1664         unsigned long last_end;
1665         int last_nid;
1666 };
1667
1668 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1669
1670 /*
1671  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1672  */
1673 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1674                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1675 {
1676         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1677         int nid;
1678
1679         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1680                 return state->last_nid;
1681
1682         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1683         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1684                 state->last_start = start_pfn;
1685                 state->last_end = end_pfn;
1686                 state->last_nid = nid;
1687         }
1688
1689         return nid;
1690 }
1691
1692 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1693 {
1694         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1695         int nid;
1696
1697         spin_lock(&early_pfn_lock);
1698         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1699         if (nid < 0)
1700                 nid = first_online_node;
1701         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1702
1703         return nid;
1704 }
1705 #endif /* CONFIG_NUMA */
1706
1707 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1708                                                         unsigned int order)
1709 {
1710         if (early_page_uninitialised(pfn))
1711                 return;
1712         __free_pages_core(page, order);
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1717  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1718  * with the migration of free compaction scanner.
1719  *
1720  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1721  *
1722  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1723  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1724  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1725  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1726  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1727  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1728  * page in a pageblock.
1729  */
1730 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1731                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1732 {
1733         struct page *start_page;
1734         struct page *end_page;
1735
1736         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1737         end_pfn--;
1738
1739         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1740                 return NULL;
1741
1742         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1743         if (!start_page)
1744                 return NULL;
1745
1746         if (page_zone(start_page) != zone)
1747                 return NULL;
1748
1749         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1750
1751         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1752         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1753                 return NULL;
1754
1755         return start_page;
1756 }
1757
1758 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1759 {
1760         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1761         unsigned long block_end_pfn;
1762
1763         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1764         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1765                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1766                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1767
1768                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1769
1770                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1771                                              block_end_pfn, zone))
1772                         return;
1773                 cond_resched();
1774         }
1775
1776         /* We confirm that there is no hole */
1777         zone->contiguous = true;
1778 }
1779
1780 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1781 {
1782         zone->contiguous = false;
1783 }
1784
1785 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1786 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1787                                        unsigned long nr_pages)
1788 {
1789         struct page *page;
1790         unsigned long i;
1791
1792         if (!nr_pages)
1793                 return;
1794
1795         page = pfn_to_page(pfn);
1796
1797         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1798         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1799             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1800                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1801                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1802                 return;
1803         }
1804
1805         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1806                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1807                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1808                 __free_pages_core(page, 0);
1809         }
1810 }
1811
1812 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1813 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1814 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1815
1816 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1817 {
1818         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1819                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1824  *
1825  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1826  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1827  * function is optimized out.
1828  *
1829  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1830  * of the head pfn.
1831  */
1832 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1833 {
1834         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1835                 return false;
1836         return true;
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1841  * pageblock_nr_pages sizes.
1842  */
1843 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1844                                        unsigned long end_pfn)
1845 {
1846         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1847         unsigned long nr_free = 0;
1848
1849         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1850                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1851                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1852                         nr_free = 0;
1853                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1854                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1855                         nr_free = 1;
1856                 } else {
1857                         nr_free++;
1858                 }
1859         }
1860         /* Free the last block of pages to allocator */
1861         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1866  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1867  * Return number of pages initialized.
1868  */
1869 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1870                                                  unsigned long pfn,
1871                                                  unsigned long end_pfn)
1872 {
1873         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1874         int nid = zone_to_nid(zone);
1875         unsigned long nr_pages = 0;
1876         int zid = zone_idx(zone);
1877         struct page *page = NULL;
1878
1879         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1880                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1881                         page = NULL;
1882                         continue;
1883                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1884                         page = pfn_to_page(pfn);
1885                 } else {
1886                         page++;
1887                 }
1888                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1889                 nr_pages++;
1890         }
1891         return (nr_pages);
1892 }
1893
1894 /*
1895  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1896  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1897  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1898  * return false indicating there are no valid ranges left.
1899  */
1900 static bool __init
1901 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1902                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1903                                     unsigned long first_init_pfn)
1904 {
1905         u64 j;
1906
1907         /*
1908          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1909          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1910          * so we just need to flush them out of the system.
1911          */
1912         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1913                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1914                         continue;
1915                 if (*spfn < first_init_pfn)
1916                         *spfn = first_init_pfn;
1917                 *i = j;
1918                 return true;
1919         }
1920
1921         return false;
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1926  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1927  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1928  * page in __free_one_page()).
1929  *
1930  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1931  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1932  * any issues with the buddy page computation.
1933  */
1934 static unsigned long __init
1935 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1936                        unsigned long *end_pfn)
1937 {
1938         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1939         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1940         unsigned long nr_pages = 0;
1941         u64 j = *i;
1942
1943         /* First we loop through and initialize the page values */
1944         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1945                 unsigned long t;
1946
1947                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1948                         break;
1949
1950                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1951                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1952
1953                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1954                         *start_pfn = mo_pfn;
1955                         break;
1956                 }
1957         }
1958
1959         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1960         swap(j, *i);
1961
1962         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1963                 unsigned long t;
1964
1965                 if (mo_pfn <= spfn)
1966                         break;
1967
1968                 t = min(mo_pfn, epfn);
1969                 deferred_free_pages(spfn, t);
1970
1971                 if (mo_pfn <= epfn)
1972                         break;
1973         }
1974
1975         return nr_pages;
1976 }
1977
1978 static void __init
1979 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1980                            void *arg)
1981 {
1982         unsigned long spfn, epfn;
1983         struct zone *zone = arg;
1984         u64 i;
1985
1986         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1987
1988         /*
1989          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1990          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1991          */
1992         while (spfn < end_pfn) {
1993                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1994                 cond_resched();
1995         }
1996 }
1997
1998 /* An arch may override for more concurrency. */
1999 __weak int __init
2000 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2001 {
2002         return 1;
2003 }
2004
2005 /* Initialise remaining memory on a node */
2006 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2007 {
2008         pg_data_t *pgdat = data;
2009         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2010         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2011         unsigned long first_init_pfn, flags;
2012         unsigned long start = jiffies;
2013         struct zone *zone;
2014         int zid, max_threads;
2015         u64 i;
2016
2017         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2018         if (!cpumask_empty(cpumask))
2019                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2020
2021         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2022         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2023         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2024                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2025                 pgdat_init_report_one_done();
2026                 return 0;
2027         }
2028
2029         /* Sanity check boundaries */
2030         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2031         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2032         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2033
2034         /*
2035          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2036          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2037          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2038          */
2039         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2040
2041         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2042         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2043                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2044                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2045                         break;
2046         }
2047
2048         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2049         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2050                                                  first_init_pfn))
2051                 goto zone_empty;
2052
2053         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2054
2055         while (spfn < epfn) {
2056                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2057                 struct padata_mt_job job = {
2058                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2059                         .fn_arg      = zone,
2060                         .start       = spfn,
2061                         .size        = epfn_align - spfn,
2062                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2063                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2064                         .max_threads = max_threads,
2065                 };
2066
2067                 padata_do_multithreaded(&job);
2068                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2069                                                     epfn_align);
2070         }
2071 zone_empty:
2072         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2073         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2074
2075         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2076                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2077
2078         pgdat_init_report_one_done();
2079         return 0;
2080 }
2081
2082 /*
2083  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2084  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2085  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2086  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2087  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2088  *
2089  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2090  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2091  * enough pages to satisfy the allocation.
2092  *
2093  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2094  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2095  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2096  */
2097 static noinline bool __init
2098 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2099 {
2100         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2101         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2102         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2103         unsigned long spfn, epfn, flags;
2104         unsigned long nr_pages = 0;
2105         u64 i;
2106
2107         /* Only the last zone may have deferred pages */
2108         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2109                 return false;
2110
2111         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2112
2113         /*
2114          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2115          * true, as there might be enough pages already.
2116          */
2117         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2118                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2119                 return true;
2120         }
2121
2122         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2123         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2124                                                  first_deferred_pfn)) {
2125                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2126                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2127                 /* Retry only once. */
2128                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2129         }
2130
2131         /*
2132          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2133          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2134          * allocator.
2135          */
2136         while (spfn < epfn) {
2137                 /* update our first deferred PFN for this section */
2138                 first_deferred_pfn = spfn;
2139
2140                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2141                 touch_nmi_watchdog();
2142
2143                 /* We should only stop along section boundaries */
2144                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2145                         continue;
2146
2147                 /* If our quota has been met we can stop here */
2148                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2149                         break;
2150         }
2151
2152         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2153         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2154
2155         return nr_pages > 0;
2156 }
2157
2158 /*
2159  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2160  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2161  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2162  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2163  */
2164 static bool __ref
2165 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2166 {
2167         return deferred_grow_zone(zone, order);
2168 }
2169
2170 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2171
2172 void __init page_alloc_init_late(void)
2173 {
2174         struct zone *zone;
2175         int nid;
2176
2177 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2178
2179         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2180         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2181         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2182                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2183         }
2184
2185         /* Block until all are initialised */
2186         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2187
2188         /*
2189          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2190          * on-demand struct page initialization.
2191          */
2192         static_branch_disable(&deferred_pages);
2193
2194         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2195         files_maxfiles_init();
2196 #endif
2197
2198         buffer_init();
2199
2200         /* Discard memblock private memory */
2201         memblock_discard();
2202
2203         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2204                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2205
2206         for_each_populated_zone(zone)
2207                 set_zone_contiguous(zone);
2208 }
2209
2210 #ifdef CONFIG_CMA
2211 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2212 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2213 {
2214         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2215         struct page *p = page;
2216
2217         do {
2218                 __ClearPageReserved(p);
2219                 set_page_count(p, 0);
2220         } while (++p, --i);
2221
2222         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2223         set_page_refcounted(page);
2224         __free_pages(page, pageblock_order);
2225
2226         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2227         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2228 }
2229 #endif
2230
2231 /*
2232  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2233  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2234  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2235  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2236  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2237  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2238  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2239  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2240  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2241  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2242  *
2243  * -- nyc
2244  */
2245 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2246         int low, int high, int migratetype)
2247 {
2248         unsigned long size = 1 << high;
2249
2250         while (high > low) {
2251                 high--;
2252                 size >>= 1;
2253                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2254
2255                 /*
2256                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2257                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2258                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2259                  * pages will stay not present in virtual address space
2260                  */
2261                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2262                         continue;
2263
2264                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2265                 set_buddy_order(&page[size], high);
2266         }
2267 }
2268
2269 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2270 {
2271         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2272                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2273                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2274                 return;
2275         }
2276
2277         bad_page(page,
2278                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2279 }
2280
2281 /*
2282  * This page is about to be returned from the page allocator
2283  */
2284 static inline int check_new_page(struct page *page)
2285 {
2286         if (likely(page_expected_state(page,
2287                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2288                 return 0;
2289
2290         check_new_page_bad(page);
2291         return 1;
2292 }
2293
2294 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2295 {
2296         int i;
2297         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2298                 struct page *p = page + i;
2299
2300                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2301                         return true;
2302         }
2303
2304         return false;
2305 }
2306
2307 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2308 /*
2309  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2310  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2311  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2312  */
2313 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2314 {
2315         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2316                 return check_new_pages(page, order);
2317         else
2318                 return false;
2319 }
2320
2321 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2322 {
2323         return check_new_pages(page, order);
2324 }
2325 #else
2326 /*
2327  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2328  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2329  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2330  */
2331 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2332 {
2333         return check_new_pages(page, order);
2334 }
2335 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2336 {
2337         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2338                 return check_new_pages(page, order);
2339         else
2340                 return false;
2341 }
2342 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2343
2344 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags, bool init_tags)
2345 {
2346         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2347         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2348             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2349                 return false;
2350
2351         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2352         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2353                 return true;
2354
2355         /*
2356          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if either:
2357          *
2358          * 1. Memory tags have already been cleared via tag_clear_highpage().
2359          * 2. Skipping has been requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2360          */
2361         return init_tags || (flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON);
2362 }
2363
2364 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2365 {
2366         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2367         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2368                 return false;
2369
2370         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2371         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2372 }
2373
2374 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2375                                 gfp_t gfp_flags)
2376 {
2377         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2378                         !should_skip_init(gfp_flags);
2379         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2380
2381         set_page_private(page, 0);
2382         set_page_refcounted(page);
2383
2384         arch_alloc_page(page, order);
2385         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2386
2387         /*
2388          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2389          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2390          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2391          */
2392         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2393
2394         /*
2395          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2396          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2397          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2398          */
2399
2400         /*
2401          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2402          * should be initialized as well).
2403          */
2404         if (init_tags) {
2405                 int i;
2406
2407                 /* Initialize both memory and tags. */
2408                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2409                         tag_clear_highpage(page + i);
2410
2411                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2412                 init = false;
2413         }
2414         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags, init_tags)) {
2415                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2416                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2417
2418                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2419                 if (kasan_has_integrated_init())
2420                         init = false;
2421         }
2422         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2423         if (init)
2424                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2425         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2426         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2427                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2428
2429         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2430         page_table_check_alloc(page, order);
2431 }
2432
2433 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2434                                                         unsigned int alloc_flags)
2435 {
2436         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2437
2438         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2439                 prep_compound_page(page, order);
2440
2441         /*
2442          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2443          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2444          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2445          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2446          */
2447         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2448                 set_page_pfmemalloc(page);
2449         else
2450                 clear_page_pfmemalloc(page);
2451 }
2452
2453 /*
2454  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2455  * the smallest available page from the freelists
2456  */
2457 static __always_inline
2458 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2459                                                 int migratetype)
2460 {
2461         unsigned int current_order;
2462         struct free_area *area;
2463         struct page *page;
2464
2465         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2466         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2467                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2468                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2469                 if (!page)
2470                         continue;
2471                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2472                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2473                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2474                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2475                                 pcp_allowed_order(order) &&
2476                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2477                 return page;
2478         }
2479
2480         return NULL;
2481 }
2482
2483
2484 /*
2485  * This array describes the order lists are fallen back to when
2486  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2487  *
2488  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2489  */
2490 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2491         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2492         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2493         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2494 };
2495
2496 #ifdef CONFIG_CMA
2497 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2498                                         unsigned int order)
2499 {
2500         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2501 }
2502 #else
2503 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2504                                         unsigned int order) { return NULL; }
2505 #endif
2506
2507 /*
2508  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2509  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2510  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2511  */
2512 static int move_freepages(struct zone *zone,
2513                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2514                           int migratetype, int *num_movable)
2515 {
2516         struct page *page;
2517         unsigned long pfn;
2518         unsigned int order;
2519         int pages_moved = 0;
2520
2521         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2522                 page = pfn_to_page(pfn);
2523                 if (!PageBuddy(page)) {
2524                         /*
2525                          * We assume that pages that could be isolated for
2526                          * migration are movable. But we don't actually try
2527                          * isolating, as that would be expensive.
2528                          */
2529                         if (num_movable &&
2530                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2531                                 (*num_movable)++;
2532                         pfn++;
2533                         continue;
2534                 }
2535
2536                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2537                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2538                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2539
2540                 order = buddy_order(page);
2541                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2542                 pfn += 1 << order;
2543                 pages_moved += 1 << order;
2544         }
2545
2546         return pages_moved;
2547 }
2548
2549 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2550                                 int migratetype, int *num_movable)
2551 {
2552         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2553
2554         if (num_movable)
2555                 *num_movable = 0;
2556
2557         pfn = page_to_pfn(page);
2558         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2559         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2560
2561         /* Do not cross zone boundaries */
2562         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2563                 start_pfn = pfn;
2564         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2565                 return 0;
2566
2567         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2568                                                                 num_movable);
2569 }
2570
2571 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2572                                         int start_order, int migratetype)
2573 {
2574         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2575
2576         while (nr_pageblocks--) {
2577                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2578                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2579         }
2580 }
2581
2582 /*
2583  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2584  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2585  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2586  *
2587  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2588  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2589  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2590  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2591  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2592  * pageblocks.
2593  */
2594 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2595 {
2596         /*
2597          * Leaving this order check is intended, although there is
2598          * relaxed order check in next check. The reason is that
2599          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2600          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2601          * so could be changed anytime.
2602          */
2603         if (order >= pageblock_order)
2604                 return true;
2605
2606         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2607                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2608                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2609                 page_group_by_mobility_disabled)
2610                 return true;
2611
2612         return false;
2613 }
2614
2615 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2616 {
2617         unsigned long max_boost;
2618
2619         if (!watermark_boost_factor)
2620                 return false;
2621         /*
2622          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2623          * On small machines, including kdump capture kernels running
2624          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2625          * memory situation immediately.
2626          */
2627         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2628                 return false;
2629
2630         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2631                         watermark_boost_factor, 10000);
2632
2633         /*
2634          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2635          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2636          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2637          * allocations that early means that reclaim is not going
2638          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2639          * boosted watermark resulting in a hang.
2640          */
2641         if (!max_boost)
2642                 return false;
2643
2644         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2645
2646         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2647                 max_boost);
2648
2649         return true;
2650 }
2651
2652 /*
2653  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2654  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2655  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2656  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2657  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2658  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2659  */
2660 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2661                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2662 {
2663         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2664         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2665         int old_block_type;
2666
2667         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2668
2669         /*
2670          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2671          * highatomic accounting.
2672          */
2673         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2674                 goto single_page;
2675
2676         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2677         if (current_order >= pageblock_order) {
2678                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2679                 goto single_page;
2680         }
2681
2682         /*
2683          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2684          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2685          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2686          */
2687         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2688                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2689
2690         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2691         if (!whole_block)
2692                 goto single_page;
2693
2694         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2695                                                 &movable_pages);
2696         /*
2697          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2698          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2699          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2700          */
2701         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2702                 alike_pages = movable_pages;
2703         } else {
2704                 /*
2705                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2706                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2707                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2708                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2709                  * exact migratetype of non-movable pages.
2710                  */
2711                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2712                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2713                                                 - (free_pages + movable_pages);
2714                 else
2715                         alike_pages = 0;
2716         }
2717
2718         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2719         if (!free_pages)
2720                 goto single_page;
2721
2722         /*
2723          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2724          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2725          */
2726         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2727                         page_group_by_mobility_disabled)
2728                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2729
2730         return;
2731
2732 single_page:
2733         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2738  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2739  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2740  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2741  */
2742 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2743                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2744 {
2745         int i;
2746         int fallback_mt;
2747
2748         if (area->nr_free == 0)
2749                 return -1;
2750
2751         *can_steal = false;
2752         for (i = 0;; i++) {
2753                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2754                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2755                         break;
2756
2757                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2758                         continue;
2759
2760                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2761                         *can_steal = true;
2762
2763                 if (!only_stealable)
2764                         return fallback_mt;
2765
2766                 if (*can_steal)
2767                         return fallback_mt;
2768         }
2769
2770         return -1;
2771 }
2772
2773 /*
2774  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2775  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2776  */
2777 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2778                                 unsigned int alloc_order)
2779 {
2780         int mt;
2781         unsigned long max_managed, flags;
2782
2783         /*
2784          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2785          * Check is race-prone but harmless.
2786          */
2787         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2788         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2789                 return;
2790
2791         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2792
2793         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2794         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2795                 goto out_unlock;
2796
2797         /* Yoink! */
2798         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2799         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2800         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2801                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2802                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2803                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2804         }
2805
2806 out_unlock:
2807         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2808 }
2809
2810 /*
2811  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2812  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2813  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2814  * to recover from than an OOM.
2815  *
2816  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2817  * pageblock is exhausted.
2818  */
2819 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2820                                                 bool force)
2821 {
2822         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2823         unsigned long flags;
2824         struct zoneref *z;
2825         struct zone *zone;
2826         struct page *page;
2827         int order;
2828         bool ret;
2829
2830         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2831                                                                 ac->nodemask) {
2832                 /*
2833                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2834                  * is really high.
2835                  */
2836                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2837                                         pageblock_nr_pages)
2838                         continue;
2839
2840                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2841                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2842                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2843
2844                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2845                         if (!page)
2846                                 continue;
2847
2848                         /*
2849                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2850                          * we can counter several free pages in a pageblock
2851                          * in this loop although we changed the pageblock type
2852                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2853                          * adjust the count once.
2854                          */
2855                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2856                                 /*
2857                                  * It should never happen but changes to
2858                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2859                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2860                                  * while unreserving so be safe and watch for
2861                                  * underflows.
2862                                  */
2863                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2864                                                 pageblock_nr_pages,
2865                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2866                         }
2867
2868                         /*
2869                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2870                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2871                          * is doing the work and needs the pages. More
2872                          * importantly, if the block was always converted to
2873                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2874                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2875                          * may increase.
2876                          */
2877                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2878                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2879                                                                         NULL);
2880                         if (ret) {
2881                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2882                                 return ret;
2883                         }
2884                 }
2885                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2886         }
2887
2888         return false;
2889 }
2890
2891 /*
2892  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2893  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2894  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2895  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2896  *
2897  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2898  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2899  * condition simpler.
2900  */
2901 static __always_inline bool
2902 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2903                                                 unsigned int alloc_flags)
2904 {
2905         struct free_area *area;
2906         int current_order;
2907         int min_order = order;
2908         struct page *page;
2909         int fallback_mt;
2910         bool can_steal;
2911
2912         /*
2913          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2914          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2915          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2916          */
2917         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2918                 min_order = pageblock_order;
2919
2920         /*
2921          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2922          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2923          * would be too costly to do exactly.
2924          */
2925         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2926                                 --current_order) {
2927                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2928                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2929                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2930                 if (fallback_mt == -1)
2931                         continue;
2932
2933                 /*
2934                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2935                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2936                  * steal and split the smallest available page instead of the
2937                  * largest available page, because even if the next movable
2938                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2939                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2940                  */
2941                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2942                                         && current_order > order)
2943                         goto find_smallest;
2944
2945                 goto do_steal;
2946         }
2947
2948         return false;
2949
2950 find_smallest:
2951         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2952                                                         current_order++) {
2953                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2954                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2955                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2956                 if (fallback_mt != -1)
2957                         break;
2958         }
2959
2960         /*
2961          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2962          * when looking for the largest page.
2963          */
2964         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2965
2966 do_steal:
2967         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2968
2969         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2970                                                                 can_steal);
2971
2972         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2973                 start_migratetype, fallback_mt);
2974
2975         return true;
2976
2977 }
2978
2979 /*
2980  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2981  * Call me with the zone->lock already held.
2982  */
2983 static __always_inline struct page *
2984 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2985                                                 unsigned int alloc_flags)
2986 {
2987         struct page *page;
2988
2989         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2990                 /*
2991                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2992                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2993                  * is in the CMA area.
2994                  */
2995                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2996                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2997                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2998                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2999                         if (page)
3000                                 return page;
3001                 }
3002         }
3003 retry:
3004         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3005         if (unlikely(!page)) {
3006                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3007                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3008
3009                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3010                                                                 alloc_flags))
3011                         goto retry;
3012         }
3013         return page;
3014 }
3015
3016 /*
3017  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3018  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3019  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3020  */
3021 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3022                         unsigned long count, struct list_head *list,
3023                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3024 {
3025         int i, allocated = 0;
3026
3027         /*
3028          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3029          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3030          */
3031         spin_lock(&zone->lock);
3032         for (i = 0; i < count; ++i) {
3033                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3034                                                                 alloc_flags);
3035                 if (unlikely(page == NULL))
3036                         break;
3037
3038                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3039                         continue;
3040
3041                 /*
3042                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3043                  * physical page order. The page is added to the tail of
3044                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3045                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3046                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3047                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3048                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3049                  * pages are ordered properly.
3050                  */
3051                 list_add_tail(&page->lru, list);
3052                 allocated++;
3053                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3054                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3055                                               -(1 << order));
3056         }
3057
3058         /*
3059          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3060          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3061          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3062          * pages added to the pcp list.
3063          */
3064         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3065         spin_unlock(&zone->lock);
3066         return allocated;
3067 }
3068
3069 #ifdef CONFIG_NUMA
3070 /*
3071  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3072  * currently executing processor on remote nodes after they have
3073  * expired.
3074  *
3075  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3076  * a single processor.
3077  */
3078 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3079 {
3080         unsigned long flags;
3081         int to_drain, batch;
3082
3083         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3084         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3085         to_drain = min(pcp->count, batch);
3086         if (to_drain > 0)
3087                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3088         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3089 }
3090 #endif
3091
3092 /*
3093  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3094  *
3095  * The processor must either be the current processor and the
3096  * thread pinned to the current processor or a processor that
3097  * is not online.
3098  */
3099 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3100 {
3101         unsigned long flags;
3102         struct per_cpu_pages *pcp;
3103
3104         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3105
3106         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3107         if (pcp->count)
3108                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3109
3110         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3111 }
3112
3113 /*
3114  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3115  *
3116  * The processor must either be the current processor and the
3117  * thread pinned to the current processor or a processor that
3118  * is not online.
3119  */
3120 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3121 {
3122         struct zone *zone;
3123
3124         for_each_populated_zone(zone) {
3125                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3126         }
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3131  *
3132  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3133  * the single zone's pages.
3134  */
3135 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3136 {
3137         int cpu = smp_processor_id();
3138
3139         if (zone)
3140                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3141         else
3142                 drain_pages(cpu);
3143 }
3144
3145 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3146 {
3147         struct pcpu_drain *drain;
3148
3149         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3150
3151         /*
3152          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3153          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3154          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3155          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3156          * a different one.
3157          */
3158         migrate_disable();
3159         drain_local_pages(drain->zone);
3160         migrate_enable();
3161 }
3162
3163 /*
3164  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3165  * drain on all cpus.
3166  *
3167  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3168  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3169  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3170  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3171  * optimizing racy check.
3172  */
3173 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3174 {
3175         int cpu;
3176
3177         /*
3178          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3179          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3180          */
3181         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3182
3183         /*
3184          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3185          * initialized.
3186          */
3187         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3188                 return;
3189
3190         /*
3191          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3192          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3193          * the drain to be complete when the call returns.
3194          */
3195         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3196                 if (!zone)
3197                         return;
3198                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3199         }
3200
3201         /*
3202          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3203          * as offline notification will cause the notified
3204          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3205          * disables preemption as part of its processing
3206          */
3207         for_each_online_cpu(cpu) {
3208                 struct per_cpu_pages *pcp;
3209                 struct zone *z;
3210                 bool has_pcps = false;
3211
3212                 if (force_all_cpus) {
3213                         /*
3214                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3215                          * guarantee that no cpu is missed.
3216                          */
3217                         has_pcps = true;
3218                 } else if (zone) {
3219                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3220                         if (pcp->count)
3221                                 has_pcps = true;
3222                 } else {
3223                         for_each_populated_zone(z) {
3224                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3225                                 if (pcp->count) {
3226                                         has_pcps = true;
3227                                         break;
3228                                 }
3229                         }
3230                 }
3231
3232                 if (has_pcps)
3233                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3234                 else
3235                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3236         }
3237
3238         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3239                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3240
3241                 drain->zone = zone;
3242                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3243                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3244         }
3245         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3246                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3247
3248         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3249 }
3250
3251 /*
3252  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3253  *
3254  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3255  *
3256  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3257  */
3258 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3259 {
3260         __drain_all_pages(zone, false);
3261 }
3262
3263 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3264
3265 /*
3266  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3267  */
3268 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3269
3270 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3271 {
3272         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3273         unsigned long flags;
3274         unsigned int order, t;
3275         struct page *page;
3276
3277         if (zone_is_empty(zone))
3278                 return;
3279
3280         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3281
3282         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3283         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3284                 if (pfn_valid(pfn)) {
3285                         page = pfn_to_page(pfn);
3286
3287                         if (!--page_count) {
3288                                 touch_nmi_watchdog();
3289                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3290                         }
3291
3292                         if (page_zone(page) != zone)
3293                                 continue;
3294
3295                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3296                                 swsusp_unset_page_free(page);
3297                 }
3298
3299         for_each_migratetype_order(order, t) {
3300                 list_for_each_entry(page,
3301                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3302                         unsigned long i;
3303
3304                         pfn = page_to_pfn(page);
3305                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3306                                 if (!--page_count) {
3307                                         touch_nmi_watchdog();
3308                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3309                                 }
3310                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3311                         }
3312                 }
3313         }
3314         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3315 }
3316 #endif /* CONFIG_PM */
3317
3318 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3319                                                         unsigned int order)
3320 {
3321         int migratetype;
3322
3323         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3324                 return false;
3325
3326         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3327         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3328         return true;
3329 }
3330
3331 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3332                        bool free_high)
3333 {
3334         int min_nr_free, max_nr_free;
3335
3336         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3337         if (unlikely(free_high))
3338                 return pcp->count;
3339
3340         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3341         if (unlikely(high < batch))
3342                 return 1;
3343
3344         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3345         min_nr_free = batch;
3346         max_nr_free = high - batch;
3347
3348         /*
3349          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3350          * freeing of pages without any allocation.
3351          */
3352         batch <<= pcp->free_factor;
3353         if (batch < max_nr_free)
3354                 pcp->free_factor++;
3355         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3356
3357         return batch;
3358 }
3359
3360 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3361                        bool free_high)
3362 {
3363         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3364
3365         if (unlikely(!high || free_high))
3366                 return 0;
3367
3368         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3369                 return high;
3370
3371         /*
3372          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3373          * stored on pcp lists
3374          */
3375         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3376 }
3377
3378 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3379                                    unsigned int order)
3380 {
3381         struct zone *zone = page_zone(page);
3382         struct per_cpu_pages *pcp;
3383         int high;
3384         int pindex;
3385         bool free_high;
3386
3387         __count_vm_event(PGFREE);
3388         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3389         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3390         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3391         pcp->count += 1 << order;
3392
3393         /*
3394          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3395          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3396          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3397          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3398          */
3399         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3400
3401         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3402         if (pcp->count >= high) {
3403                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3404
3405                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3406         }
3407 }
3408
3409 /*
3410  * Free a pcp page
3411  */
3412 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3413 {
3414         unsigned long flags;
3415         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3416         int migratetype;
3417
3418         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3419                 return;
3420
3421         /*
3422          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3423          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3424          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3425          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3426          * excessively into the page allocator
3427          */
3428         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3429         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3430                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3431                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3432                         return;
3433                 }
3434                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3435         }
3436
3437         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3438         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3439         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3440 }
3441
3442 /*
3443  * Free a list of 0-order pages
3444  */
3445 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3446 {
3447         struct page *page, *next;
3448         unsigned long flags;
3449         int batch_count = 0;
3450         int migratetype;
3451
3452         /* Prepare pages for freeing */
3453         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3454                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3455                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3456                         list_del(&page->lru);
3457                         continue;
3458                 }
3459
3460                 /*
3461                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3462                  * comment in free_unref_page.
3463                  */
3464                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3465                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3466                         list_del(&page->lru);
3467                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3468                         continue;
3469                 }
3470         }
3471
3472         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3473         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3474                 /*
3475                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3476                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3477                  */
3478                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3479                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3480                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3481
3482                 trace_mm_page_free_batched(page);
3483                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3484
3485                 /*
3486                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3487                  * a large list of pages to free.
3488                  */
3489                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3490                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3491                         batch_count = 0;
3492                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3493                 }
3494         }
3495         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3496 }
3497
3498 /*
3499  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3500  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3501  * Each sub-page must be freed individually.
3502  *
3503  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3504  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3505  */
3506 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3507 {
3508         int i;
3509
3510         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3511         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3512
3513         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3514                 set_page_refcounted(page + i);
3515         split_page_owner(page, 1 << order);
3516         split_page_memcg(page, 1 << order);
3517 }
3518 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3519
3520 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3521 {
3522         unsigned long watermark;
3523         struct zone *zone;
3524         int mt;
3525
3526         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3527
3528         zone = page_zone(page);
3529         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3530
3531         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3532                 /*
3533                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3534                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3535                  * watermark, because we already know our high-order page
3536                  * exists.
3537                  */
3538                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3539                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3540                         return 0;
3541
3542                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3543         }
3544
3545         /* Remove page from free list */
3546
3547         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3548
3549         /*
3550          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3551          * pageblock
3552          */
3553         if (order >= pageblock_order - 1) {
3554                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3555                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3556                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3557                         /*
3558                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3559                          * with others)
3560                          */
3561                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3562                                 set_pageblock_migratetype(page,
3563                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3564                 }
3565         }
3566
3567
3568         return 1UL << order;
3569 }
3570
3571 /**
3572  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3573  * @page: Page that was isolated
3574  * @order: Order of the isolated page
3575  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3576  *
3577  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3578  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3579  */
3580 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3581 {
3582         struct zone *zone = page_zone(page);
3583
3584         /* zone lock should be held when this function is called */
3585         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3586
3587         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3588         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3589                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3590 }
3591
3592 /*
3593  * Update NUMA hit/miss statistics
3594  *
3595  * Must be called with interrupts disabled.
3596  */
3597 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3598                                    long nr_account)
3599 {
3600 #ifdef CONFIG_NUMA
3601         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3602
3603         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3604         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3605                 return;
3606
3607         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3608                 local_stat = NUMA_OTHER;
3609
3610         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3611                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3612         else {
3613                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3614                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3615         }
3616         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3617 #endif
3618 }
3619
3620 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3621 static inline
3622 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3623                         int migratetype,
3624                         unsigned int alloc_flags,
3625                         struct per_cpu_pages *pcp,
3626                         struct list_head *list)
3627 {
3628         struct page *page;
3629
3630         do {
3631                 if (list_empty(list)) {
3632                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3633                         int alloced;
3634
3635                         /*
3636                          * Scale batch relative to order if batch implies
3637                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3638                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3639                          * should never store free pages as the pages may
3640                          * belong to arbitrary zones.
3641                          */
3642                         if (batch > 1)
3643                                 batch = max(batch >> order, 2);
3644                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3645                                         batch, list,
3646                                         migratetype, alloc_flags);
3647
3648                         pcp->count += alloced << order;
3649                         if (unlikely(list_empty(list)))
3650                                 return NULL;
3651                 }
3652
3653                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3654                 list_del(&page->lru);
3655                 pcp->count -= 1 << order;
3656         } while (check_new_pcp(page, order));
3657
3658         return page;
3659 }
3660
3661 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3662 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3663                         struct zone *zone, unsigned int order,
3664                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3665                         unsigned int alloc_flags)
3666 {
3667         struct per_cpu_pages *pcp;
3668         struct list_head *list;
3669         struct page *page;
3670         unsigned long flags;
3671
3672         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3673
3674         /*
3675          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3676          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3677          * frees.
3678          */
3679         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3680         pcp->free_factor >>= 1;
3681         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3682         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3683         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3684         if (page) {
3685                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3686                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3687         }
3688         return page;
3689 }
3690
3691 /*
3692  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3693  */
3694 static inline
3695 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3696                         struct zone *zone, unsigned int order,
3697                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3698                         int migratetype)
3699 {
3700         unsigned long flags;
3701         struct page *page;
3702
3703         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3704                 /*
3705                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3706                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3707                  */
3708                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3709                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3710                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3711                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3712                         goto out;
3713                 }
3714         }
3715
3716         /*
3717          * We most definitely don't want callers attempting to
3718          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3719          */
3720         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3721
3722         do {
3723                 page = NULL;
3724                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3725                 /*
3726                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3727                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3728                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3729                  * request should skip it.
3730                  */
3731                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3732                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3733                 if (!page) {
3734                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3735                         if (!page)
3736                                 goto failed;
3737                 }
3738                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3739                                           get_pcppage_migratetype(page));
3740                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3741         } while (check_new_pages(page, order));
3742
3743         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3744         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3745
3746 out:
3747         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3748         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3749                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3750                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3751         }
3752
3753         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3754         return page;
3755
3756 failed:
3757         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3758         return NULL;
3759 }
3760
3761 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3762
3763 static struct {
3764         struct fault_attr attr;
3765
3766         bool ignore_gfp_highmem;
3767         bool ignore_gfp_reclaim;
3768         u32 min_order;
3769 } fail_page_alloc = {
3770         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3771         .ignore_gfp_reclaim = true,
3772         .ignore_gfp_highmem = true,
3773         .min_order = 1,
3774 };
3775
3776 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3777 {
3778         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3779 }
3780 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3781
3782 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3783 {
3784         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3785                 return false;
3786         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3787                 return false;
3788         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3789                 return false;
3790         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3791                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3792                 return false;
3793
3794         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3795                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3796
3797         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3798 }
3799
3800 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3801
3802 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3803 {
3804         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3805         struct dentry *dir;
3806
3807         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3808                                         &fail_page_alloc.attr);
3809
3810         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3811                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3812         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3813                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3814         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3815
3816         return 0;
3817 }
3818
3819 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3820
3821 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3822
3823 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3824
3825 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3826 {
3827         return false;
3828 }
3829
3830 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3831
3832 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3833 {
3834         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3835 }
3836 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3837
3838 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3839                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3840 {
3841         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3842         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3843
3844         /*
3845          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3846          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3847          * atomic reserve but it avoids a search.
3848          */
3849         if (likely(!alloc_harder))
3850                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3851
3852 #ifdef CONFIG_CMA
3853         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3854         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3855                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3856 #endif
3857
3858         return unusable_free;
3859 }
3860
3861 /*
3862  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3863  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3864  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3865  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3866  */
3867 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3868                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3869                          long free_pages)
3870 {
3871         long min = mark;
3872         int o;
3873         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3874
3875         /* free_pages may go negative - that's OK */
3876         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3877
3878         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3879                 min -= min / 2;
3880
3881         if (unlikely(alloc_harder)) {
3882                 /*
3883                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3884                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3885                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3886                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3887                  */
3888                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3889                         min -= min / 2;
3890                 else
3891                         min -= min / 4;
3892         }
3893
3894         /*
3895          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3896          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3897          * even if a suitable page happened to be free.
3898          */
3899         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3900                 return false;
3901
3902         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3903         if (!order)
3904                 return true;
3905
3906         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3907         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3908                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3909                 int mt;
3910
3911                 if (!area->nr_free)
3912                         continue;
3913
3914                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3915                         if (!free_area_empty(area, mt))
3916                                 return true;
3917                 }
3918
3919 #ifdef CONFIG_CMA
3920                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3921                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3922                         return true;
3923                 }
3924 #endif
3925                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3926                         return true;
3927         }
3928         return false;
3929 }
3930
3931 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3932                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3933 {
3934         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3935                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3936 }
3937
3938 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3939                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3940                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3941 {
3942         long free_pages;
3943
3944         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3945
3946         /*
3947          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3948          * need to be calculated.
3949          */
3950         if (!order) {
3951                 long fast_free;
3952
3953                 fast_free = free_pages;
3954                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3955                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3956                         return true;
3957         }
3958
3959         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3960                                         free_pages))
3961                 return true;
3962         /*
3963          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3964          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3965          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3966          * when below the low watermark.
3967          */
3968         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3969                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3970                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3971                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3972                                         alloc_flags, free_pages);
3973         }
3974
3975         return false;
3976 }
3977
3978 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3979                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3980 {
3981         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3982
3983         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3984                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3985
3986         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3987                                                                 free_pages);
3988 }
3989
3990 #ifdef CONFIG_NUMA
3991 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3992
3993 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3994 {
3995         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3996                                 node_reclaim_distance;
3997 }
3998 #else   /* CONFIG_NUMA */
3999 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4000 {
4001         return true;
4002 }
4003 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4004
4005 /*
4006  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4007  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4008  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4009  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4010  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4011  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4012  */
4013 static inline unsigned int
4014 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4015 {
4016         unsigned int alloc_flags;
4017
4018         /*
4019          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4020          * to save a branch.
4021          */
4022         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4023
4024 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4025         if (!zone)
4026                 return alloc_flags;
4027
4028         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4029                 return alloc_flags;
4030
4031         /*
4032          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4033          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4034          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4035          */
4036         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4037         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4038                 return alloc_flags;
4039
4040         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4041 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4042         return alloc_flags;
4043 }
4044
4045 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4046 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4047                                                   unsigned int alloc_flags)
4048 {
4049 #ifdef CONFIG_CMA
4050         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4051                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4052 #endif
4053         return alloc_flags;
4054 }
4055
4056 /*
4057  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4058  * a page.
4059  */
4060 static struct page *
4061 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4062                                                 const struct alloc_context *ac)
4063 {
4064         struct zoneref *z;
4065         struct zone *zone;
4066         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4067         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4068         bool no_fallback;
4069
4070 retry:
4071         /*
4072          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4073          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4074          */
4075         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4076         z = ac->preferred_zoneref;
4077         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4078                                         ac->nodemask) {
4079                 struct page *page;
4080                 unsigned long mark;
4081
4082                 if (cpusets_enabled() &&
4083                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4084                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4085                                 continue;
4086                 /*
4087                  * When allocating a page cache page for writing, we
4088                  * want to get it from a node that is within its dirty
4089                  * limit, such that no single node holds more than its
4090                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4091                  * The dirty limits take into account the node's
4092                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4093                  * should be able to balance it without having to
4094                  * write pages from its LRU list.
4095                  *
4096                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4097                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4098                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4099                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4100                  * nodes are together not big enough to reach the
4101                  * global limit.  The proper fix for these situations
4102                  * will require awareness of nodes in the
4103                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4104                  */
4105                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4106                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4107                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4108                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4109                         }
4110
4111                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4112                                 continue;
4113                 }
4114
4115                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4116                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4117                         int local_nid;
4118
4119                         /*
4120                          * If moving to a remote node, retry but allow
4121                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4122                          * than fragmentation avoidance.
4123                          */
4124                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4125                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4126                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4127                                 goto retry;
4128                         }
4129                 }
4130
4131                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4132                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4133                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4134                                        gfp_mask)) {
4135                         int ret;
4136
4137 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4138                         /*
4139                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4140                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4141                          */
4142                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4143                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4144                                         goto try_this_zone;
4145                         }
4146 #endif
4147                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4148                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4149                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4150                                 goto try_this_zone;
4151
4152                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4153                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4154                                 continue;
4155
4156                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4157                         switch (ret) {
4158                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4159                                 /* did not scan */
4160                                 continue;
4161                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4162                                 /* scanned but unreclaimable */
4163                                 continue;
4164                         default:
4165                                 /* did we reclaim enough */
4166                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4167                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4168                                         goto try_this_zone;
4169
4170                                 continue;
4171                         }
4172                 }
4173
4174 try_this_zone:
4175                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4176                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4177                 if (page) {
4178                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4179
4180                         /*
4181                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4182                          * if the pageblock should be reserved for the future
4183                          */
4184                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4185                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4186
4187                         return page;
4188                 } else {
4189 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4190                         /* Try again if zone has deferred pages */
4191                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4192                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4193                                         goto try_this_zone;
4194                         }
4195 #endif
4196                 }
4197         }
4198
4199         /*
4200          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4201          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4202          */
4203         if (no_fallback) {
4204                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4205                 goto retry;
4206         }
4207
4208         return NULL;
4209 }
4210
4211 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4212 {
4213         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4214
4215         /*
4216          * This documents exceptions given to allocations in certain
4217          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4218          * of allowed nodes.
4219          */
4220         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4221                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4222                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4223                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4224         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4225                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4226
4227         show_mem(filter, nodemask);
4228 }
4229
4230 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4231 {
4232         struct va_format vaf;
4233         va_list args;
4234         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4235
4236         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4237              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4238              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4239                 return;
4240
4241         va_start(args, fmt);
4242         vaf.fmt = fmt;
4243         vaf.va = &args;
4244         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4245                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4246                         nodemask_pr_args(nodemask));
4247         va_end(args);
4248
4249         cpuset_print_current_mems_allowed();
4250         pr_cont("\n");
4251         dump_stack();
4252         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4253 }
4254
4255 static inline struct page *
4256 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4257                               unsigned int alloc_flags,
4258                               const struct alloc_context *ac)
4259 {
4260         struct page *page;
4261
4262         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4263                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4264         /*
4265          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4266          * are depleted
4267          */
4268         if (!page)
4269                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4270                                 alloc_flags, ac);
4271
4272         return page;
4273 }
4274
4275 static inline struct page *
4276 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4277         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4278 {
4279         struct oom_control oc = {
4280                 .zonelist = ac->zonelist,
4281                 .nodemask = ac->nodemask,
4282                 .memcg = NULL,
4283                 .gfp_mask = gfp_mask,
4284                 .order = order,
4285         };
4286         struct page *page;
4287
4288         *did_some_progress = 0;
4289
4290         /*
4291          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4292          * making progress for us.
4293          */
4294         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4295                 *did_some_progress = 1;
4296                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4297                 return NULL;
4298         }
4299
4300         /*
4301          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4302          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4303          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4304          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4305          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4306          */
4307         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4308                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4309                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4310         if (page)
4311                 goto out;
4312
4313         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4314         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4315                 goto out;
4316         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4317         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4318                 goto out;
4319         /*
4320          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4321          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4322          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4323          * fallback than shooting a random task.
4324          *
4325          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4326          */
4327         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4328                 goto out;
4329         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4330         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4331                 goto out;
4332         if (pm_suspended_storage())
4333                 goto out;
4334         /*
4335          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4336          * other request to make a forward progress.
4337          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4338          * do much for this context but let's try it to at least get
4339          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4340          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4341          * failures more gracefully we should just bail out here.
4342          */
4343
4344         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4345         if (out_of_memory(&oc) ||
4346             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4347                 *did_some_progress = 1;
4348
4349                 /*
4350                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4351                  * reserves
4352                  */
4353                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4354                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4355                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4356         }
4357 out:
4358         mutex_unlock(&oom_lock);
4359         return page;
4360 }
4361
4362 /*
4363  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4364  * killer is consider as the only way to move forward.
4365  */
4366 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4367
4368 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4369 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4370 static struct page *
4371 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4372                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4373                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4374 {
4375         struct page *page = NULL;
4376         unsigned long pflags;
4377         unsigned int noreclaim_flag;
4378
4379         if (!order)
4380                 return NULL;
4381
4382         psi_memstall_enter(&pflags);
4383         delayacct_compact_start();
4384         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4385
4386         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4387                                                                 prio, &page);
4388
4389         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4390         psi_memstall_leave(&pflags);
4391         delayacct_compact_end();
4392
4393         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4394                 return NULL;
4395         /*
4396          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4397          * count a compaction stall
4398          */
4399         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4400
4401         /* Prep a captured page if available */
4402         if (page)
4403                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4404
4405         /* Try get a page from the freelist if available */
4406         if (!page)
4407                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4408
4409         if (page) {
4410                 struct zone *zone = page_zone(page);
4411
4412                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4413                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4414                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4415                 return page;
4416         }
4417
4418         /*
4419          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4420          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4421          */
4422         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4423
4424         cond_resched();
4425
4426         return NULL;
4427 }
4428
4429 static inline bool
4430 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4431                      enum compact_result compact_result,
4432                      enum compact_priority *compact_priority,
4433                      int *compaction_retries)
4434 {
4435         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4436         int min_priority;
4437         bool ret = false;
4438         int retries = *compaction_retries;
4439         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4440
4441         if (!order)
4442                 return false;
4443
4444         if (fatal_signal_pending(current))
4445                 return false;
4446
4447         if (compaction_made_progress(compact_result))
4448                 (*compaction_retries)++;
4449
4450         /*
4451          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4452          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4453          * failure could be caused by insufficient priority
4454          */
4455         if (compaction_failed(compact_result))
4456                 goto check_priority;
4457
4458         /*
4459          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4460          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4461          */
4462         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4463                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4464                 goto out;
4465         }
4466
4467         /*
4468          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4469          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4470          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4471          * we don't just keep bailing out endlessly.
4472          */
4473         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4474                 goto check_priority;
4475         }
4476
4477         /*
4478          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4479          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4480          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4481          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4482          * would need much more detailed feedback from compaction to
4483          * make a better decision.
4484          */
4485         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4486                 max_retries /= 4;
4487         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4488                 ret = true;
4489                 goto out;
4490         }
4491
4492         /*
4493          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4494          * all retries or failed at the lower priorities.
4495          */
4496 check_priority:
4497         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4498                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4499
4500         if (*compact_priority > min_priority) {
4501                 (*compact_priority)--;
4502                 *compaction_retries = 0;
4503                 ret = true;
4504         }
4505 out:
4506         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4507         return ret;
4508 }
4509 #else
4510 static inline struct page *
4511 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4512                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4513                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4514 {
4515         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4516         return NULL;
4517 }
4518
4519 static inline bool
4520 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4521                      enum compact_result compact_result,
4522                      enum compact_priority *compact_priority,
4523                      int *compaction_retries)
4524 {
4525         struct zone *zone;
4526         struct zoneref *z;
4527
4528         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4529                 return false;
4530
4531         /*
4532          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4533          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4534          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4535          * watermarks are OK.
4536          */
4537         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4538                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4539                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4540                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4541                         return true;
4542         }
4543         return false;
4544 }
4545 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4546
4547 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4548 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4549         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4550
4551 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4552 {
4553         /* no reclaim without waiting on it */
4554         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4555                 return false;
4556
4557         /* this guy won't enter reclaim */
4558         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4559                 return false;
4560
4561         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4562                 return false;
4563
4564         return true;
4565 }
4566
4567 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4568 {
4569         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4570 }
4571
4572 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4573 {
4574         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4575 }
4576
4577 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4578 {
4579         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4580
4581         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4582                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4583                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4584
4585 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4586                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4587                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4588 #endif
4589
4590         }
4591 }
4592 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4593
4594 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4595 {
4596         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4597
4598         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4599                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4600                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4601         }
4602 }
4603 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4604 #endif
4605
4606 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4607 static unsigned long
4608 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4609                                         const struct alloc_context *ac)
4610 {
4611         unsigned int noreclaim_flag;
4612         unsigned long progress;
4613
4614         cond_resched();
4615
4616         /* We now go into synchronous reclaim */
4617         cpuset_memory_pressure_bump();
4618         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4619         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4620
4621         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4622                                                                 ac->nodemask);
4623
4624         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4625         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4626
4627         cond_resched();
4628
4629         return progress;
4630 }
4631
4632 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4633 static inline struct page *
4634 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4635                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4636                 unsigned long *did_some_progress)
4637 {
4638         struct page *page = NULL;
4639         unsigned long pflags;
4640         bool drained = false;
4641
4642         psi_memstall_enter(&pflags);
4643         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4644         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4645                 goto out;
4646
4647 retry:
4648         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4649
4650         /*
4651          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4652          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4653          * Shrink them and try again
4654          */
4655         if (!page && !drained) {
4656                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4657                 drain_all_pages(NULL);
4658                 drained = true;
4659                 goto retry;
4660         }
4661 out:
4662         psi_memstall_leave(&pflags);
4663
4664         return page;
4665 }
4666
4667 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4668                              const struct alloc_context *ac)
4669 {
4670         struct zoneref *z;
4671         struct zone *zone;
4672         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4673         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4674
4675         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4676                                         ac->nodemask) {
4677                 if (!managed_zone(zone))
4678                         continue;
4679                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4680                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4681                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4682                 }
4683         }
4684 }
4685
4686 static inline unsigned int
4687 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4688 {
4689         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4690
4691         /*
4692          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4693          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4694          * to save two branches.
4695          */
4696         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4697         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4698
4699         /*
4700          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4701          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4702          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4703          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4704          */
4705         alloc_flags |= (__force int)
4706                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4707
4708         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4709                 /*
4710                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4711                  * if it can't schedule.
4712                  */
4713                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4714                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4715                 /*
4716                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4717                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4718                  */
4719                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4720         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4721                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4722
4723         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4724
4725         return alloc_flags;
4726 }
4727
4728 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4729 {
4730         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4731                 return false;
4732
4733         /*
4734          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4735          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4736          */
4737         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4738                 return false;
4739
4740         return true;
4741 }
4742
4743 /*
4744  * Distinguish requests which really need access to full memory
4745  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4746  */
4747 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4748 {
4749         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4750                 return 0;
4751         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4752                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4753         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4754                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4755         if (!in_interrupt()) {
4756                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4757                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4758                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4759                         return ALLOC_OOM;
4760         }
4761
4762         return 0;
4763 }
4764
4765 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4766 {
4767         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4768 }
4769
4770 /*
4771  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4772  * for the given allocation request.
4773  *
4774  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4775  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4776  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4777  *
4778  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4779  */
4780 static inline bool
4781 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4782                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4783                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4784 {
4785         struct zone *zone;
4786         struct zoneref *z;
4787         bool ret = false;
4788
4789         /*
4790          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4791          * their order will become available due to high fragmentation so
4792          * always increment the no progress counter for them
4793          */
4794         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4795                 *no_progress_loops = 0;
4796         else
4797                 (*no_progress_loops)++;
4798
4799         /*
4800          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4801          * several times in the row.
4802          */
4803         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4804                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4805                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4806         }
4807
4808         /*
4809          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4810          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4811          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4812          * screwed and have to go OOM.
4813          */
4814         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4815                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4816                 unsigned long available;
4817                 unsigned long reclaimable;
4818                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4819                 bool wmark;
4820
4821                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4822                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4823
4824                 /*
4825                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4826                  * reclaimable pages?
4827                  */
4828                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4829                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4830                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4831                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4832                 if (wmark) {
4833                         ret = true;
4834                         break;
4835                 }
4836         }
4837
4838         /*
4839          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4840          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4841          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4842          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4843          * here rather than calling cond_resched().
4844          */
4845         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4846                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4847         else
4848                 cond_resched();
4849         return ret;
4850 }
4851
4852 static inline bool
4853 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4854 {
4855         /*
4856          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4857          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4858          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4859          * such a way the check therein was true, and then it became false
4860          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4861          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4862          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4863          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4864          * caller can deal with a violated nodemask.
4865          */
4866         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4867                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4868                 ac->nodemask = NULL;
4869                 return true;
4870         }
4871
4872         /*
4873          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4874          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4875          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4876          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4877          * retry.
4878          */
4879         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4880                 return true;
4881
4882         return false;
4883 }
4884
4885 static inline struct page *
4886 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4887                                                 struct alloc_context *ac)
4888 {
4889         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4890         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4891         struct page *page = NULL;
4892         unsigned int alloc_flags;
4893         unsigned long did_some_progress;
4894         enum compact_priority compact_priority;
4895         enum compact_result compact_result;
4896         int compaction_retries;
4897         int no_progress_loops;
4898         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4899         int reserve_flags;
4900
4901         /*
4902          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4903          * callers that are not in atomic context.
4904          */
4905         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4906                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4907                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4908
4909 retry_cpuset:
4910         compaction_retries = 0;
4911         no_progress_loops = 0;
4912         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4913         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4914
4915         /*
4916          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4917          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4918          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4919          */
4920         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4921
4922         /*
4923          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4924          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4925          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4926          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4927          */
4928         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4929                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4930         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4931                 goto nopage;
4932
4933         /*
4934          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4935          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4936          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4937          */
4938         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4939                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4940                                         ac->highest_zoneidx,
4941                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4942                 if (!z->zone)
4943                         goto nopage;
4944         }
4945
4946         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4947                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4948
4949         /*
4950          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4951          * that first
4952          */
4953         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4954         if (page)
4955                 goto got_pg;
4956
4957         /*
4958          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4959          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4960          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4961          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4962          * same migratetype.
4963          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4964          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4965          */
4966         if (can_direct_reclaim &&
4967                         (costly_order ||
4968                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4969                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4970                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4971                                                 alloc_flags, ac,
4972                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4973                                                 &compact_result);
4974                 if (page)
4975                         goto got_pg;
4976
4977                 /*
4978                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4979                  * includes some THP page fault allocations
4980                  */
4981                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4982                         /*
4983                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4984                          * failed because all zones are below low watermarks
4985                          * or is prohibited because it recently failed at this
4986                          * order, fail immediately unless the allocator has
4987                          * requested compaction and reclaim retry.
4988                          *
4989                          * Reclaim is
4990                          *  - potentially very expensive because zones are far
4991                          *    below their low watermarks or this is part of very
4992                          *    bursty high order allocations,
4993                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4994                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4995                          *    linear scan, and
4996                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4997                          *    own.
4998                          */
4999                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5000                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5001                                 goto nopage;
5002
5003                         /*
5004                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5005                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5006                          * using async compaction.
5007                          */
5008                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5009                 }
5010         }
5011
5012 retry:
5013         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5014         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5015                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5016
5017         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5018         if (reserve_flags)
5019                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5020
5021         /*
5022          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5023          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5024          * user oriented.
5025          */
5026         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5027                 ac->nodemask = NULL;
5028                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5029                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5030         }
5031
5032         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5033         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5034         if (page)
5035                 goto got_pg;
5036
5037         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5038         if (!can_direct_reclaim)
5039                 goto nopage;
5040
5041         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5042         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5043                 goto nopage;
5044
5045         /* Try direct reclaim and then allocating */
5046         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5047                                                         &did_some_progress);
5048         if (page)
5049                 goto got_pg;
5050
5051         /* Try direct compaction and then allocating */
5052         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5053                                         compact_priority, &compact_result);
5054         if (page)
5055                 goto got_pg;
5056
5057         /* Do not loop if specifically requested */
5058         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5059                 goto nopage;
5060
5061         /*
5062          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5063          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5064          */
5065         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5066                 goto nopage;
5067
5068         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5069                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5070                 goto retry;
5071
5072         /*
5073          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5074          * reclaim is not able to make any progress because the current
5075          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5076          * of free memory (see __compaction_suitable)
5077          */
5078         if (did_some_progress > 0 &&
5079                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5080                                 compact_result, &compact_priority,
5081                                 &compaction_retries))
5082                 goto retry;
5083
5084
5085         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5086         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5087                 goto retry_cpuset;
5088
5089         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5090         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5091         if (page)
5092                 goto got_pg;
5093
5094         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5095         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5096             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5097              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5098                 goto nopage;
5099
5100         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5101         if (did_some_progress) {
5102                 no_progress_loops = 0;
5103                 goto retry;
5104         }
5105
5106 nopage:
5107         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5108         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5109                 goto retry_cpuset;
5110
5111         /*
5112          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5113          * we always retry
5114          */
5115         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5116                 /*
5117                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5118                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5119                  */
5120                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5121                         goto fail;
5122
5123                 /*
5124                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5125                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5126                  * for somebody to do a work for us
5127                  */
5128                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5129
5130                 /*
5131                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5132                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5133                  * so that we can identify them and convert them to something
5134                  * else.
5135                  */
5136                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5137
5138                 /*
5139                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5140                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5141                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5142                  * the situation worse
5143                  */
5144                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5145                 if (page)
5146                         goto got_pg;
5147
5148                 cond_resched();
5149                 goto retry;
5150         }
5151 fail:
5152         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5153                         "page allocation failure: order:%u", order);
5154 got_pg:
5155         return page;
5156 }
5157
5158 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5159                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5160                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5161                 unsigned int *alloc_flags)
5162 {
5163         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5164         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5165         ac->nodemask = nodemask;
5166         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5167
5168         if (cpusets_enabled()) {
5169                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5170                 /*
5171                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5172                  * to the current task context. It means that any node ok.
5173                  */
5174                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5175                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5176                 else
5177                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5178         }
5179
5180         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5181         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5182
5183         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5184
5185         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5186                 return false;
5187
5188         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5189
5190         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5191         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5192
5193         /*
5194          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5195          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5196          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5197          */
5198         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5199                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5200
5201         return true;
5202 }
5203
5204 /*
5205  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5206  * @gfp: GFP flags for the allocation
5207  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5208  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5209  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5210  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5211  * @page_array: Optional array to store the pages
5212  *
5213  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5214  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5215  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5216  *
5217  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5218  *
5219  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5220  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5221  *
5222  * Returns the number of pages on the list or array.
5223  */
5224 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5225                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5226                         struct list_head *page_list,
5227                         struct page **page_array)
5228 {
5229         struct page *page;
5230         unsigned long flags;
5231         struct zone *zone;
5232         struct zoneref *z;
5233         struct per_cpu_pages *pcp;
5234         struct list_head *pcp_list;
5235         struct alloc_context ac;
5236         gfp_t alloc_gfp;
5237         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5238         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5239
5240         /*
5241          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5242          * to be allocated before disabling IRQs.
5243          */
5244         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5245                 nr_populated++;
5246
5247         /* No pages requested? */
5248         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5249                 goto out;
5250
5251         /* Already populated array? */
5252         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5253                 goto out;
5254
5255         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5256         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5257                 goto failed;
5258
5259         /* Use the single page allocator for one page. */
5260         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5261                 goto failed;
5262
5263 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5264         /*
5265          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5266          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5267          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5268          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5269          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5270          */
5271         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5272                 goto failed;
5273 #endif
5274
5275         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5276         gfp &= gfp_allowed_mask;
5277         alloc_gfp = gfp;
5278         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5279                 goto out;
5280         gfp = alloc_gfp;
5281
5282         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5283         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5284                 unsigned long mark;
5285
5286                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5287                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5288                         continue;
5289                 }
5290
5291                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5292                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5293                         goto failed;
5294                 }
5295
5296                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5297                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5298                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5299                                 alloc_flags, gfp)) {
5300                         break;
5301                 }
5302         }
5303
5304         /*
5305          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5306          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5307          */
5308         if (unlikely(!zone))
5309                 goto failed;
5310
5311         /* Attempt the batch allocation */
5312         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5313         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5314         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5315
5316         while (nr_populated < nr_pages) {
5317
5318                 /* Skip existing pages */
5319                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5320                         nr_populated++;
5321                         continue;
5322                 }
5323
5324                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5325                                                                 pcp, pcp_list);
5326                 if (unlikely(!page)) {
5327                         /* Try and allocate at least one page */
5328                         if (!nr_account)
5329                                 goto failed_irq;
5330                         break;
5331                 }
5332                 nr_account++;
5333
5334                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5335                 if (page_list)
5336                         list_add(&page->lru, page_list);
5337                 else
5338                         page_array[nr_populated] = page;
5339                 nr_populated++;
5340         }
5341
5342         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5343
5344         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5345         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5346
5347 out:
5348         return nr_populated;
5349
5350 failed_irq:
5351         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5352
5353 failed:
5354         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5355         if (page) {
5356                 if (page_list)
5357                         list_add(&page->lru, page_list);
5358                 else
5359                         page_array[nr_populated] = page;
5360                 nr_populated++;
5361         }
5362
5363         goto out;
5364 }
5365 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5366
5367 /*
5368  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5369  */
5370 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5371                                                         nodemask_t *nodemask)
5372 {
5373         struct page *page;
5374         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5375         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5376         struct alloc_context ac = { };
5377
5378         /*
5379          * There are several places where we assume that the order value is sane
5380          * so bail out early if the request is out of bound.
5381          */
5382         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5383                 return NULL;
5384
5385         gfp &= gfp_allowed_mask;
5386         /*
5387          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5388          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5389          * from a particular context which has been marked by
5390          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5391          * movable zones are not used during allocation.
5392          */
5393         gfp = current_gfp_context(gfp);
5394         alloc_gfp = gfp;
5395         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5396                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5397                 return NULL;
5398
5399         /*
5400          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5401          * memory until all local zones are considered.
5402          */
5403         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5404
5405         /* First allocation attempt */
5406         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5407         if (likely(page))
5408                 goto out;
5409
5410         alloc_gfp = gfp;
5411         ac.spread_dirty_pages = false;
5412
5413         /*
5414          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5415          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5416          */
5417         ac.nodemask = nodemask;
5418
5419         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5420
5421 out:
5422         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5423             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5424                 __free_pages(page, order);
5425                 page = NULL;
5426         }
5427
5428         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5429
5430         return page;
5431 }
5432 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5433
5434 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5435                 nodemask_t *nodemask)
5436 {
5437         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5438                         preferred_nid, nodemask);
5439
5440         if (page && order > 1)
5441                 prep_transhuge_page(page);
5442         return (struct folio *)page;
5443 }
5444 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5445
5446 /*
5447  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5448  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5449  * you need to access high mem.
5450  */
5451 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5452 {
5453         struct page *page;
5454
5455         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5456         if (!page)
5457                 return 0;
5458         return (unsigned long) page_address(page);
5459 }
5460 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5461
5462 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5463 {
5464         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5465 }
5466 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5467
5468 /**
5469  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5470  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5471  * @order: The order of the allocation.
5472  *
5473  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5474  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5475  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5476  * than was allocated will probably emit a warning.
5477  *
5478  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5479  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5480  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5481  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5482  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5483  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5484  *
5485  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5486  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5487  */
5488 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5489 {
5490         if (put_page_testzero(page))
5491                 free_the_page(page, order);
5492         else if (!PageHead(page))
5493                 while (order-- > 0)
5494                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5495 }
5496 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5497
5498 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5499 {
5500         if (addr != 0) {
5501                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5502                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5503         }
5504 }
5505
5506 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5507
5508 /*
5509  * Page Fragment:
5510  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5511  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5512  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5513  *
5514  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5515  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5516  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5517  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5518  */
5519 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5520                                              gfp_t gfp_mask)
5521 {
5522         struct page *page = NULL;
5523         gfp_t gfp = gfp_mask;
5524
5525 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5526         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5527                     __GFP_NOMEMALLOC;
5528         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5529                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5530         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5531 #endif
5532         if (unlikely(!page))
5533                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5534
5535         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5536
5537         return page;
5538 }
5539
5540 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5541 {
5542         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5543
5544         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5545                 free_the_page(page, compound_order(page));
5546 }
5547 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5548
5549 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5550                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5551                       unsigned int align_mask)
5552 {
5553         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5554         struct page *page;
5555         int offset;
5556
5557         if (unlikely(!nc->va)) {
5558 refill:
5559                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5560                 if (!page)
5561                         return NULL;
5562
5563 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5564                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5565                 size = nc->size;
5566 #endif
5567                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5568                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5569                  */
5570                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5571
5572                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5573                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5574                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5575                 nc->offset = size;
5576         }
5577
5578         offset = nc->offset - fragsz;
5579         if (unlikely(offset < 0)) {
5580                 page = virt_to_page(nc->va);
5581
5582                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5583                         goto refill;
5584
5585                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5586                         free_the_page(page, compound_order(page));
5587                         goto refill;
5588                 }
5589
5590 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5591                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5592                 size = nc->size;
5593 #endif
5594                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5595                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5596
5597                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5598                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5599                 offset = size - fragsz;
5600         }
5601
5602         nc->pagecnt_bias--;
5603         offset &= align_mask;
5604         nc->offset = offset;
5605
5606         return nc->va + offset;
5607 }
5608 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5609
5610 /*
5611  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5612  */
5613 void page_frag_free(void *addr)
5614 {
5615         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5616
5617         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5618                 free_the_page(page, compound_order(page));
5619 }
5620 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5621
5622 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5623                 size_t size)
5624 {
5625         if (addr) {
5626                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5627                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5628
5629                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5630                 while (used < alloc_end) {
5631                         free_page(used);
5632                         used += PAGE_SIZE;
5633                 }
5634         }
5635         return (void *)addr;
5636 }
5637
5638 /**
5639  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5640  * @size: the number of bytes to allocate
5641  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5642  *
5643  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5644  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5645  * allocate memory in power-of-two pages.
5646  *
5647  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5648  *
5649  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5650  *
5651  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5652  */
5653 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5654 {
5655         unsigned int order = get_order(size);
5656         unsigned long addr;
5657
5658         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5659                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5660
5661         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5662         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5663 }
5664 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5665
5666 /**
5667  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5668  *                         pages on a node.
5669  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5670  * @size: the number of bytes to allocate
5671  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5672  *
5673  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5674  * back.
5675  *
5676  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5677  */
5678 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5679 {
5680         unsigned int order = get_order(size);
5681         struct page *p;
5682
5683         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5684                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5685
5686         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5687         if (!p)
5688                 return NULL;
5689         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5690 }
5691
5692 /**
5693  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5694  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5695  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5696  *
5697  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5698  */
5699 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5700 {
5701         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5702         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5703
5704         while (addr < end) {
5705                 free_page(addr);
5706                 addr += PAGE_SIZE;
5707         }
5708 }
5709 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5710
5711 /**
5712  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5713  * @offset: The zone index of the highest zone
5714  *
5715  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5716  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5717  * zone, the number of pages is calculated as:
5718  *
5719  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5720  *
5721  * Return: number of pages beyond high watermark.
5722  */
5723 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5724 {
5725         struct zoneref *z;
5726         struct zone *zone;
5727
5728         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5729         unsigned long sum = 0;
5730
5731         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5732
5733         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5734                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5735                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5736                 if (size > high)
5737                         sum += size - high;
5738         }
5739
5740         return sum;
5741 }
5742
5743 /**
5744  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5745  *
5746  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5747  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5748  *
5749  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5750  * ZONE_NORMAL.
5751  */
5752 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5753 {
5754         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5755 }
5756 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5757
5758 static inline void show_node(struct zone *zone)
5759 {
5760         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5761                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5762 }
5763
5764 long si_mem_available(void)
5765 {
5766         long available;
5767         unsigned long pagecache;
5768         unsigned long wmark_low = 0;
5769         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5770         unsigned long reclaimable;
5771         struct zone *zone;
5772         int lru;
5773
5774         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5775                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5776
5777         for_each_zone(zone)
5778                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5779
5780         /*
5781          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5782          * without causing swapping.
5783          */
5784         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5785
5786         /*
5787          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5788          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5789          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5790          */
5791         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5792         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5793         available += pagecache;
5794
5795         /*
5796          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5797          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5798          * low watermark.
5799          */
5800         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5801                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5802         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5803
5804         if (available < 0)
5805                 available = 0;
5806         return available;
5807 }
5808 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5809
5810 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5811 {
5812         val->totalram = totalram_pages();
5813         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5814         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5815         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5816         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5817         val->freehigh = nr_free_highpages();
5818         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5819 }
5820
5821 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5822
5823 #ifdef CONFIG_NUMA
5824 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5825 {
5826         int zone_type;          /* needs to be signed */
5827         unsigned long managed_pages = 0;
5828         unsigned long managed_highpages = 0;
5829         unsigned long free_highpages = 0;
5830         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5831
5832         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5833                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5834         val->totalram = managed_pages;
5835         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5836         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5837 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5838         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5839                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5840
5841                 if (is_highmem(zone)) {
5842                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5843                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5844                 }
5845         }
5846         val->totalhigh = managed_highpages;
5847         val->freehigh = free_highpages;
5848 #else
5849         val->totalhigh = managed_highpages;
5850         val->freehigh = free_highpages;
5851 #endif
5852         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5853 }
5854 #endif
5855
5856 /*
5857  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5858  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5859  */
5860 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5861 {
5862         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5863                 return false;
5864
5865         /*
5866          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5867          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5868          * have to be precise here.
5869          */
5870         if (!nodemask)
5871                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5872
5873         return !node_isset(nid, *nodemask);
5874 }
5875
5876 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5877
5878 static void show_migration_types(unsigned char type)
5879 {
5880         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5881                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5882                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5883                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5884                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5885 #ifdef CONFIG_CMA
5886                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5887 #endif
5888 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5889                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5890 #endif
5891         };
5892         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5893         char *p = tmp;
5894         int i;
5895
5896         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5897                 if (type & (1 << i))
5898                         *p++ = types[i];
5899         }
5900
5901         *p = '\0';
5902         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5903 }
5904
5905 /*
5906  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5907  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5908  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5909  *
5910  * Bits in @filter:
5911  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5912  *   cpuset.
5913  */
5914 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5915 {
5916         unsigned long free_pcp = 0;
5917         int cpu;
5918         struct zone *zone;
5919         pg_data_t *pgdat;
5920
5921         for_each_populated_zone(zone) {
5922                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5923                         continue;
5924
5925                 for_each_online_cpu(cpu)
5926                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5927         }
5928
5929         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5930                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5931                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5932                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5933                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5934                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5935                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5936                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5937                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5938                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5939                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5940                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5941                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5942                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5943                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5944                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5945                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5946                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5947                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5948                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5949                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5950                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5951                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5952                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5953                 free_pcp,
5954                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5955
5956         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5957                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5958                         continue;
5959
5960                 printk("Node %d"
5961                         " active_anon:%lukB"
5962                         " inactive_anon:%lukB"
5963                         " active_file:%lukB"
5964                         " inactive_file:%lukB"
5965                         " unevictable:%lukB"
5966                         " isolated(anon):%lukB"
5967                         " isolated(file):%lukB"
5968                         " mapped:%lukB"
5969                         " dirty:%lukB"
5970                         " writeback:%lukB"
5971                         " shmem:%lukB"
5972 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5973                         " shmem_thp: %lukB"
5974                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5975                         " anon_thp: %lukB"
5976 #endif
5977                         " writeback_tmp:%lukB"
5978                         " kernel_stack:%lukB"
5979 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5980                         " shadow_call_stack:%lukB"
5981 #endif
5982                         " pagetables:%lukB"
5983                         " all_unreclaimable? %s"
5984                         "\n",
5985                         pgdat->node_id,
5986                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5987                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5988                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5989                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5990                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5991                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5992                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5993                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5994                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5995                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5996                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5997 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5998                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5999                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6000                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6001 #endif
6002                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6003                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6004 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6005                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6006 #endif
6007                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6008                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6009                                 "yes" : "no");
6010         }
6011
6012         for_each_populated_zone(zone) {
6013                 int i;
6014
6015                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6016                         continue;
6017
6018                 free_pcp = 0;
6019                 for_each_online_cpu(cpu)
6020                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6021
6022                 show_node(zone);
6023                 printk(KERN_CONT
6024                         "%s"
6025                         " free:%lukB"
6026                         " boost:%lukB"
6027                         " min:%lukB"
6028                         " low:%lukB"
6029                         " high:%lukB"
6030                         " reserved_highatomic:%luKB"
6031                         " active_anon:%lukB"
6032                         " inactive_anon:%lukB"
6033                         " active_file:%lukB"
6034                         " inactive_file:%lukB"
6035                         " unevictable:%lukB"
6036                         " writepending:%lukB"
6037                         " present:%lukB"
6038                         " managed:%lukB"
6039                         " mlocked:%lukB"
6040                         " bounce:%lukB"
6041                         " free_pcp:%lukB"
6042                         " local_pcp:%ukB"
6043                         " free_cma:%lukB"
6044                         "\n",
6045                         zone->name,
6046                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6047                         K(zone->watermark_boost),
6048                         K(min_wmark_pages(zone)),
6049                         K(low_wmark_pages(zone)),
6050                         K(high_wmark_pages(zone)),
6051                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6052                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6053                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6054                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6055                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6056                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6057                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6058                         K(zone->present_pages),
6059                         K(zone_managed_pages(zone)),
6060                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6061                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6062                         K(free_pcp),
6063                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6064                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6065                 printk("lowmem_reserve[]:");
6066                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6067                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6068                 printk(KERN_CONT "\n");
6069         }
6070
6071         for_each_populated_zone(zone) {
6072                 unsigned int order;
6073                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6074                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6075
6076                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6077                         continue;
6078                 show_node(zone);
6079                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6080
6081                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6082                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6083                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6084                         int type;
6085
6086                         nr[order] = area->nr_free;
6087                         total += nr[order] << order;
6088
6089                         types[order] = 0;
6090                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6091                                 if (!free_area_empty(area, type))
6092                                         types[order] |= 1 << type;
6093                         }
6094                 }
6095                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6096                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6097                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6098                                nr[order], K(1UL) << order);
6099                         if (nr[order])
6100                                 show_migration_types(types[order]);
6101                 }
6102                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6103         }
6104
6105         hugetlb_show_meminfo();
6106
6107         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6108
6109         show_swap_cache_info();
6110 }
6111
6112 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6113 {
6114         zoneref->zone = zone;
6115         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6116 }
6117
6118 /*
6119  * Builds allocation fallback zone lists.
6120  *
6121  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6122  */
6123 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6124 {
6125         struct zone *zone;
6126         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6127         int nr_zones = 0;
6128
6129         do {
6130                 zone_type--;
6131                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6132                 if (populated_zone(zone)) {
6133                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6134                         check_highest_zone(zone_type);
6135                 }
6136         } while (zone_type);
6137
6138         return nr_zones;
6139 }
6140
6141 #ifdef CONFIG_NUMA
6142
6143 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6144 {
6145         /*
6146          * We used to support different zonelists modes but they turned
6147          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6148          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6149          * not fail it silently
6150          */
6151         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6152                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6153                 return -EINVAL;
6154         }
6155         return 0;
6156 }
6157
6158 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6159
6160 /*
6161  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6162  */
6163 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6164                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6165 {
6166         if (write)
6167                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6168         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6169 }
6170
6171
6172 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6173
6174 /**
6175  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6176  * @node: node whose fallback list we're appending
6177  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6178  *
6179  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6180  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6181  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6182  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6183  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6184  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6185  * on them otherwise.
6186  *
6187  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6188  */
6189 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6190 {
6191         int n, val;
6192         int min_val = INT_MAX;
6193         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6194
6195         /* Use the local node if we haven't already */
6196         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6197                 node_set(node, *used_node_mask);
6198                 return node;
6199         }
6200
6201         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6202
6203                 /* Don't want a node to appear more than once */
6204                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6205                         continue;
6206
6207                 /* Use the distance array to find the distance */
6208                 val = node_distance(node, n);
6209
6210                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6211                 val += (n < node);
6212
6213                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6214                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6215                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6216
6217                 /* Slight preference for less loaded node */
6218                 val *= MAX_NUMNODES;
6219                 val += node_load[n];
6220
6221                 if (val < min_val) {
6222                         min_val = val;
6223                         best_node = n;
6224                 }
6225         }
6226
6227         if (best_node >= 0)
6228                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6229
6230         return best_node;
6231 }
6232
6233
6234 /*
6235  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6236  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6237  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6238  */
6239 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6240                 unsigned nr_nodes)
6241 {
6242         struct zoneref *zonerefs;
6243         int i;
6244
6245         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6246
6247         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6248                 int nr_zones;
6249
6250                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6251
6252                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6253                 zonerefs += nr_zones;
6254         }
6255         zonerefs->zone = NULL;
6256         zonerefs->zone_idx = 0;
6257 }
6258
6259 /*
6260  * Build gfp_thisnode zonelists
6261  */
6262 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6263 {
6264         struct zoneref *zonerefs;
6265         int nr_zones;
6266
6267         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6268         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6269         zonerefs += nr_zones;
6270         zonerefs->zone = NULL;
6271         zonerefs->zone_idx = 0;
6272 }
6273
6274 /*
6275  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6276  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6277  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6278  * may still exist in local DMA zone.
6279  */
6280
6281 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6282 {
6283         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6284         int node, nr_nodes = 0;
6285         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6286         int local_node, prev_node;
6287
6288         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6289         local_node = pgdat->node_id;
6290         prev_node = local_node;
6291
6292         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6293         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6294                 /*
6295                  * We don't want to pressure a particular node.
6296                  * So adding penalty to the first node in same
6297                  * distance group to make it round-robin.
6298                  */
6299                 if (node_distance(local_node, node) !=
6300                     node_distance(local_node, prev_node))
6301                         node_load[node] += 1;
6302
6303                 node_order[nr_nodes++] = node;
6304                 prev_node = node;
6305         }
6306
6307         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6308         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6309         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6310         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6311                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6312         pr_cont("\n");
6313 }
6314
6315 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6316 /*
6317  * Return node id of node used for "local" allocations.
6318  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6319  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6320  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6321  */
6322 int local_memory_node(int node)
6323 {
6324         struct zoneref *z;
6325
6326         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6327                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6328                                    NULL);
6329         return zone_to_nid(z->zone);
6330 }
6331 #endif
6332
6333 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6334 static void setup_min_slab_ratio(void);
6335 #else   /* CONFIG_NUMA */
6336
6337 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6338 {
6339         int node, local_node;
6340         struct zoneref *zonerefs;
6341         int nr_zones;
6342
6343         local_node = pgdat->node_id;
6344
6345         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6346         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6347         zonerefs += nr_zones;
6348
6349         /*
6350          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6351          * of all the other nodes.
6352          * We don't want to pressure a particular node, so when
6353          * building the zones for node N, we make sure that the
6354          * zones coming right after the local ones are those from
6355          * node N+1 (modulo N)
6356          */
6357         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6358                 if (!node_online(node))
6359                         continue;
6360                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6361                 zonerefs += nr_zones;
6362         }
6363         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6364                 if (!node_online(node))
6365                         continue;
6366                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6367                 zonerefs += nr_zones;
6368         }
6369
6370         zonerefs->zone = NULL;
6371         zonerefs->zone_idx = 0;
6372 }
6373
6374 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6375
6376 /*
6377  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6378  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6379  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6380  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6381  * with interrupts disabled.
6382  *
6383  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6384  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6385  * hotplugged processors.
6386  *
6387  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6388  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6389  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6390  */
6391 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6392 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6393 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6394 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6395 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6396 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6397 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6398
6399 static void __build_all_zonelists(void *data)
6400 {
6401         int nid;
6402         int __maybe_unused cpu;
6403         pg_data_t *self = data;
6404         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6405
6406         spin_lock(&lock);
6407
6408 #ifdef CONFIG_NUMA
6409         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6410 #endif
6411
6412         /*
6413          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6414          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6415          */
6416         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6417                 build_zonelists(self);
6418         } else {
6419                 /*
6420                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6421                  * in free_area_init
6422                  */
6423                 for_each_node(nid) {
6424                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6425
6426                         build_zonelists(pgdat);
6427                 }
6428
6429 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6430                 /*
6431                  * We now know the "local memory node" for each node--
6432                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6433                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6434                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6435                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6436                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6437                  */
6438                 for_each_online_cpu(cpu)
6439                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6440 #endif
6441         }
6442
6443         spin_unlock(&lock);
6444 }
6445
6446 static noinline void __init
6447 build_all_zonelists_init(void)
6448 {
6449         int cpu;
6450
6451         __build_all_zonelists(NULL);
6452
6453         /*
6454          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6455          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6456          * each zone will be allocated later when the per cpu
6457          * allocator is available.
6458          *
6459          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6460          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6461          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6462          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6463          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6464          * (a chicken-egg dilemma).
6465          */
6466         for_each_possible_cpu(cpu)
6467                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6468
6469         mminit_verify_zonelist();
6470         cpuset_init_current_mems_allowed();
6471 }
6472
6473 /*
6474  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6475  *
6476  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6477  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6478  */
6479 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6480 {
6481         unsigned long vm_total_pages;
6482
6483         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6484                 build_all_zonelists_init();
6485         } else {
6486                 __build_all_zonelists(pgdat);
6487                 /* cpuset refresh routine should be here */
6488         }
6489         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6490         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6491         /*
6492          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6493          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6494          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6495          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6496          * disabled and enable it later
6497          */
6498         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6499                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6500         else
6501                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6502
6503         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6504                 nr_online_nodes,
6505                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6506                 vm_total_pages);
6507 #ifdef CONFIG_NUMA
6508         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6509 #endif
6510 }
6511
6512 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6513 static bool __meminit
6514 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6515 {
6516         static struct memblock_region *r;
6517
6518         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6519                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6520                         for_each_mem_region(r) {
6521                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6522                                         break;
6523                         }
6524                 }
6525                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6526                     memblock_is_mirror(r)) {
6527                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6528                         return true;
6529                 }
6530         }
6531         return false;
6532 }
6533
6534 /*
6535  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6536  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6537  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6538  *
6539  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6540  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6541  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6542  */
6543 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6544                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6545                 enum meminit_context context,
6546                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6547 {
6548         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6549         struct page *page;
6550
6551         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6552                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6553
6554 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6555         /*
6556          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6557          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6558          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6559          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6560          * the hotplug lock.
6561          */
6562         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6563                 if (!altmap)
6564                         return;
6565
6566                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6567                         start_pfn += altmap->reserve;
6568                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6569         }
6570 #endif
6571
6572         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6573                 /*
6574                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6575                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6576                  */
6577                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6578                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6579                                 continue;
6580                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6581                                 break;
6582                 }
6583
6584                 page = pfn_to_page(pfn);
6585                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6586                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6587                         __SetPageReserved(page);
6588
6589                 /*
6590                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6591                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6592                  * over the place during system boot.
6593                  */
6594                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6595                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6596                         cond_resched();
6597                 }
6598                 pfn++;
6599         }
6600 }
6601
6602 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6603 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6604                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6605                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6606 {
6607
6608         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6609
6610         /*
6611          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6612          * phase for it to be fully associated with a zone.
6613          *
6614          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6615          * the flag as we are still initializing the pages.
6616          */
6617         __SetPageReserved(page);
6618
6619         /*
6620          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6621          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6622          * ever freed or placed on a driver-private list.
6623          */
6624         page->pgmap = pgmap;
6625         page->zone_device_data = NULL;
6626
6627         /*
6628          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6629          * movable at startup. This will force kernel allocations
6630          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6631          * the address space during boot when many long-lived
6632          * kernel allocations are made.
6633          *
6634          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6635          * because this is done early in section_activate()
6636          */
6637         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6638                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6639                 cond_resched();
6640         }
6641 }
6642
6643 /*
6644  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6645  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6646  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6647  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6648  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6649  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6650  */
6651 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6652                                               unsigned long nr_pages)
6653 {
6654         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6655                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6656 }
6657
6658 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6659                                        unsigned long head_pfn,
6660                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6661                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6662                                        unsigned long nr_pages)
6663 {
6664         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6665         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6666
6667         __SetPageHead(head);
6668         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6669                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6670
6671                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6672                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6673                 set_page_count(page, 0);
6674
6675                 /*
6676                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6677                  * compound_order() and the second tail page stores
6678                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6679                  * the first and second tail pages have been initialized to
6680                  * not have the data overwritten.
6681                  */
6682                 if (pfn == head_pfn + 2)
6683                         prep_compound_head(head, order);
6684         }
6685 }
6686
6687 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6688                                    unsigned long start_pfn,
6689                                    unsigned long nr_pages,
6690                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6691 {
6692         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6693         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6694         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6695         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6696         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6697         unsigned long start = jiffies;
6698         int nid = pgdat->node_id;
6699
6700         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6701                 return;
6702
6703         /*
6704          * The call to memmap_init should have already taken care
6705          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6706          * the end of that region and start processing the device pages.
6707          */
6708         if (altmap) {
6709                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6710                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6711         }
6712
6713         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6714                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6715
6716                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6717
6718                 if (pfns_per_compound == 1)
6719                         continue;
6720
6721                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6722                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6723         }
6724
6725         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6726                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6727 }
6728
6729 #endif
6730 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6731 {
6732         unsigned int order, t;
6733         for_each_migratetype_order(order, t) {
6734                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6735                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6736         }
6737 }
6738
6739 /*
6740  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6741  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6742  * memmap_init_zone_range().
6743  *
6744  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6745  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6746  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6747  *   arbitrary section size
6748  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6749  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6750  *   nicely with memmap sections
6751  *
6752  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6753  * - PG_Reserved is set
6754  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6755  *   hole is in the middle of a zone
6756  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6757  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6758  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6759  *   section that will be appended to the zone/node below.
6760  */
6761 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6762                                           unsigned long epfn,
6763                                           int zone, int node)
6764 {
6765         unsigned long pfn;
6766         u64 pgcnt = 0;
6767
6768         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6769                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6770                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6771                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6772                         continue;
6773                 }
6774                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6775                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6776                 pgcnt++;
6777         }
6778
6779         if (pgcnt)
6780                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6781                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6782 }
6783
6784 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6785                                           unsigned long start_pfn,
6786                                           unsigned long end_pfn,
6787                                           unsigned long *hole_pfn)
6788 {
6789         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6790         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6791         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6792
6793         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6794         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6795
6796         if (start_pfn >= end_pfn)
6797                 return;
6798
6799         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6800                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6801
6802         if (*hole_pfn < start_pfn)
6803                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6804
6805         *hole_pfn = end_pfn;
6806 }
6807
6808 static void __init memmap_init(void)
6809 {
6810         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6811         unsigned long hole_pfn = 0;
6812         int i, j, zone_id = 0, nid;
6813
6814         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6815                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6816
6817                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6818                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6819
6820                         if (!populated_zone(zone))
6821                                 continue;
6822
6823                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6824                                                &hole_pfn);
6825                         zone_id = j;
6826                 }
6827         }
6828
6829 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6830         /*
6831          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6832          * section_end].
6833          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6834          * node.
6835          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6836          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6837          * for FLATMEM it is a nop anyway
6838          */
6839         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6840         if (hole_pfn < end_pfn)
6841 #endif
6842                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6843 }
6844
6845 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6846                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6847 {
6848         void *ptr;
6849
6850         if (exact_nid)
6851                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6852                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6853                                                    nid);
6854         else
6855                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6856                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6857                                                  nid);
6858
6859         if (ptr && size > 0)
6860                 page_init_poison(ptr, size);
6861
6862         return ptr;
6863 }
6864
6865 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6866 {
6867 #ifdef CONFIG_MMU
6868         int batch;
6869
6870         /*
6871          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6872          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6873          * size is striking a balance between allocation latency
6874          * and zone lock contention.
6875          */
6876         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6877         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6878         if (batch < 1)
6879                 batch = 1;
6880
6881         /*
6882          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6883          * of 2 value was found to be more likely to have
6884          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6885          *
6886          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6887          * batches of pages, one task can end up with a lot
6888          * of pages of one half of the possible page colors
6889          * and the other with pages of the other colors.
6890          */
6891         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6892
6893         return batch;
6894
6895 #else
6896         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6897          * conditions.
6898          *
6899          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6900          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6901          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6902          *
6903          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6904          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6905          * can be a significant delay between the individual batches being
6906          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6907          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6908          */
6909         return 0;
6910 #endif
6911 }
6912
6913 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6914 {
6915 #ifdef CONFIG_MMU
6916         int high;
6917         int nr_split_cpus;
6918         unsigned long total_pages;
6919
6920         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6921                 /*
6922                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6923                  * low watermark so that if they are full then background
6924                  * reclaim will not be started prematurely.
6925                  */
6926                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6927         } else {
6928                 /*
6929                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6930                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6931                  * zone.
6932                  */
6933                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6934         }
6935
6936         /*
6937          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6938          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6939          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6940          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6941          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6942          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6943          */
6944         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6945         if (!nr_split_cpus)
6946                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6947         high = total_pages / nr_split_cpus;
6948
6949         /*
6950          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6951          * historical relationship between high and batch.
6952          */
6953         high = max(high, batch << 2);
6954
6955         return high;
6956 #else
6957         return 0;
6958 #endif
6959 }
6960
6961 /*
6962  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6963  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6964  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6965  *
6966  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6967  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6968  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6969  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6970  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6971  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6972  *
6973  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6974  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6975  * exist).
6976  */
6977 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6978                 unsigned long batch)
6979 {
6980         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6981         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6982 }
6983
6984 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6985 {
6986         int pindex;
6987
6988         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6989         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6990
6991         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6992                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6993
6994         /*
6995          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6996          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6997          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6998          * pageset yet.
6999          */
7000         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7001         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7002         pcp->free_factor = 0;
7003 }
7004
7005 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7006                 unsigned long batch)
7007 {
7008         struct per_cpu_pages *pcp;
7009         int cpu;
7010
7011         for_each_possible_cpu(cpu) {
7012                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7013                 pageset_update(pcp, high, batch);
7014         }
7015 }
7016
7017 /*
7018  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7019  * zone based on the zone's size.
7020  */
7021 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7022 {
7023         int new_high, new_batch;
7024
7025         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7026         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7027
7028         if (zone->pageset_high == new_high &&
7029             zone->pageset_batch == new_batch)
7030                 return;
7031
7032         zone->pageset_high = new_high;
7033         zone->pageset_batch = new_batch;
7034
7035         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7036 }
7037
7038 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7039 {
7040         int cpu;
7041
7042         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7043         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7044                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7045
7046         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7047         for_each_possible_cpu(cpu) {
7048                 struct per_cpu_pages *pcp;
7049                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7050
7051                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7052                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7053                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7054         }
7055
7056         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7057 }
7058
7059 /*
7060  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7061  * Before this call only boot pagesets were available.
7062  */
7063 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7064 {
7065         struct pglist_data *pgdat;
7066         struct zone *zone;
7067         int __maybe_unused cpu;
7068
7069         for_each_populated_zone(zone)
7070                 setup_zone_pageset(zone);
7071
7072 #ifdef CONFIG_NUMA
7073         /*
7074          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7075          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7076          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7077          * the nodes these zones are associated with.
7078          */
7079         for_each_possible_cpu(cpu) {
7080                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7081                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7082                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7083         }
7084 #endif
7085
7086         for_each_online_pgdat(pgdat)
7087                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7088                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7089 }
7090
7091 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7092 {
7093         /*
7094          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7095          * relies on the ability of the linker to provide the
7096          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7097          */
7098         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7099         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7100         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7101         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7102
7103         if (populated_zone(zone))
7104                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7105                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7106 }
7107
7108 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7109                                         unsigned long zone_start_pfn,
7110                                         unsigned long size)
7111 {
7112         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7113         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7114
7115         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7116                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7117
7118         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7119
7120         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7121                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7122                         pgdat->node_id,
7123                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7124                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7125
7126         zone_init_free_lists(zone);
7127         zone->initialized = 1;
7128 }
7129
7130 /**
7131  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7132  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7133  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7134  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7135  *
7136  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7137  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7138  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7139  * PFNs will be 0.
7140  */
7141 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7142                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7143 {
7144         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7145         int i;
7146
7147         *start_pfn = -1UL;
7148         *end_pfn = 0;
7149
7150         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7151                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7152                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7153         }
7154
7155         if (*start_pfn == -1UL)
7156                 *start_pfn = 0;
7157 }
7158
7159 /*
7160  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7161  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7162  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7163  */
7164 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7165 {
7166         int zone_index;
7167         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7168                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7169                         continue;
7170
7171                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7172                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7173                         break;
7174         }
7175
7176         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7177         movable_zone = zone_index;
7178 }
7179
7180 /*
7181  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7182  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7183  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7184  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7185  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7186  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7187  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7188  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7189  */
7190 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7191                                         unsigned long zone_type,
7192                                         unsigned long node_start_pfn,
7193                                         unsigned long node_end_pfn,
7194                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7195                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7196 {
7197         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7198         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7199                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7200                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7201                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7202                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7203                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7204
7205                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7206                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7207                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7208                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7209                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7210
7211                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7212                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7213                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7214         }
7215 }
7216
7217 /*
7218  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7219  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7220  */
7221 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7222                                         unsigned long zone_type,
7223                                         unsigned long node_start_pfn,
7224                                         unsigned long node_end_pfn,
7225                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7226                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7227 {
7228         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7229         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7230         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7231         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7232                 return 0;
7233
7234         /* Get the start and end of the zone */
7235         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7236         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7237         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7238                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7239                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7240
7241         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7242         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7243                 return 0;
7244
7245         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7246         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7247         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7248
7249         /* Return the spanned pages */
7250         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7251 }
7252
7253 /*
7254  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7255  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7256  */
7257 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7258                                 unsigned long range_start_pfn,
7259                                 unsigned long range_end_pfn)
7260 {
7261         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7262         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7263         int i;
7264
7265         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7266                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7267                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7268                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7269         }
7270         return nr_absent;
7271 }
7272
7273 /**
7274  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7275  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7276  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7277  *
7278  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7279  */
7280 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7281                                                         unsigned long end_pfn)
7282 {
7283         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7284 }
7285
7286 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7287 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7288                                         unsigned long zone_type,
7289                                         unsigned long node_start_pfn,
7290                                         unsigned long node_end_pfn)
7291 {
7292         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7293         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7294         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7295         unsigned long nr_absent;
7296
7297         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7298         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7299                 return 0;
7300
7301         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7302         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7303
7304         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7305                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7306                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7307         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7308
7309         /*
7310          * ZONE_MOVABLE handling.
7311          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7312          * and vice versa.
7313          */
7314         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7315                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7316                 struct memblock_region *r;
7317
7318                 for_each_mem_region(r) {
7319                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7320                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7321                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7322                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7323
7324                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7325                             memblock_is_mirror(r))
7326                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7327
7328                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7329                             !memblock_is_mirror(r))
7330                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7331                 }
7332         }
7333
7334         return nr_absent;
7335 }
7336
7337 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7338                                                 unsigned long node_start_pfn,
7339                                                 unsigned long node_end_pfn)
7340 {
7341         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7342         enum zone_type i;
7343
7344         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7345                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7346                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7347                 unsigned long spanned, absent;
7348                 unsigned long size, real_size;
7349
7350                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7351                                                      node_start_pfn,
7352                                                      node_end_pfn,
7353                                                      &zone_start_pfn,
7354                                                      &zone_end_pfn);
7355                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7356                                                    node_start_pfn,
7357                                                    node_end_pfn);
7358
7359                 size = spanned;
7360                 real_size = size - absent;
7361
7362                 if (size)
7363                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7364                 else
7365                         zone->zone_start_pfn = 0;
7366                 zone->spanned_pages = size;
7367                 zone->present_pages = real_size;
7368 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7369                 zone->present_early_pages = real_size;
7370 #endif
7371
7372                 totalpages += size;
7373                 realtotalpages += real_size;
7374         }
7375
7376         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7377         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7378         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7379 }
7380
7381 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7382 /*
7383  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7384  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7385  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7386  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7387  * bytes.
7388  */
7389 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7390 {
7391         unsigned long usemapsize;
7392
7393         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7394         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7395         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7396         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7397         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7398
7399         return usemapsize / 8;
7400 }
7401
7402 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7403 {
7404         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7405                                                zone->spanned_pages);
7406         zone->pageblock_flags = NULL;
7407         if (usemapsize) {
7408                 zone->pageblock_flags =
7409                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7410                                             zone_to_nid(zone));
7411                 if (!zone->pageblock_flags)
7412                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7413                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7414         }
7415 }
7416 #else
7417 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7418 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7419
7420 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7421
7422 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7423 void __init set_pageblock_order(void)
7424 {
7425         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7426
7427         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7428         if (pageblock_order)
7429                 return;
7430
7431         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7432         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7433                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7434
7435         /*
7436          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7437          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7438          * powerpc.
7439          */
7440         pageblock_order = order;
7441 }
7442 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7443
7444 /*
7445  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7446  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7447  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7448  * the kernel config
7449  */
7450 void __init set_pageblock_order(void)
7451 {
7452 }
7453
7454 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7455
7456 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7457                                                 unsigned long present_pages)
7458 {
7459         unsigned long pages = spanned_pages;
7460
7461         /*
7462          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7463          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7464          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7465          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7466          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7467          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7468          */
7469         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7470             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7471                 pages = present_pages;
7472
7473         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7474 }
7475
7476 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7477 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7478 {
7479         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7480
7481         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7482         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7483         ds_queue->split_queue_len = 0;
7484 }
7485 #else
7486 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7487 #endif
7488
7489 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7490 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7491 {
7492         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7493 }
7494 #else
7495 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7496 #endif
7497
7498 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7499 {
7500         int i;
7501
7502         pgdat_resize_init(pgdat);
7503
7504         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7505         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7506
7507         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7508         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7509
7510         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7511                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7512
7513         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7514         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7515 }
7516
7517 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7518                                                         unsigned long remaining_pages)
7519 {
7520         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7521         zone_set_nid(zone, nid);
7522         zone->name = zone_names[idx];
7523         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7524         spin_lock_init(&zone->lock);
7525         zone_seqlock_init(zone);
7526         zone_pcp_init(zone);
7527 }
7528
7529 /*
7530  * Set up the zone data structures
7531  * - init pgdat internals
7532  * - init all zones belonging to this node
7533  *
7534  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7535  */
7536 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7537 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7538 {
7539         int nid = pgdat->node_id;
7540         enum zone_type z;
7541         int cpu;
7542
7543         pgdat_init_internals(pgdat);
7544
7545         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7546                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7547
7548         /*
7549          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7550          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7551          * when it starts in the near future.
7552          */
7553         pgdat->nr_zones = 0;
7554         pgdat->kswapd_order = 0;
7555         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7556         pgdat->node_start_pfn = 0;
7557         for_each_online_cpu(cpu) {
7558                 struct per_cpu_nodestat *p;
7559
7560                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7561                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7562         }
7563
7564         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7565                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7566 }
7567 #endif
7568
7569 /*
7570  * Set up the zone data structures:
7571  *   - mark all pages reserved
7572  *   - mark all memory queues empty
7573  *   - clear the memory bitmaps
7574  *
7575  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7576  * NOTE: this function is only called during early init.
7577  */
7578 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7579 {
7580         enum zone_type j;
7581         int nid = pgdat->node_id;
7582
7583         pgdat_init_internals(pgdat);
7584         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7585
7586         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7587                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7588                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7589
7590                 size = zone->spanned_pages;
7591                 freesize = zone->present_pages;
7592
7593                 /*
7594                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7595                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7596                  * and per-cpu initialisations
7597                  */
7598                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7599                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7600                         if (freesize >= memmap_pages) {
7601                                 freesize -= memmap_pages;
7602                                 if (memmap_pages)
7603                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7604                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7605                         } else
7606                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7607                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7608                 }
7609
7610                 /* Account for reserved pages */
7611                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7612                         freesize -= dma_reserve;
7613                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7614                 }
7615
7616                 if (!is_highmem_idx(j))
7617                         nr_kernel_pages += freesize;
7618                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7619                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7620                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7621                 nr_all_pages += freesize;
7622
7623                 /*
7624                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7625                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7626                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7627                  */
7628                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7629
7630                 if (!size)
7631                         continue;
7632
7633                 set_pageblock_order();
7634                 setup_usemap(zone);
7635                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7636         }
7637 }
7638
7639 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7640 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7641 {
7642         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7643         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7644
7645         /* Skip empty nodes */
7646         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7647                 return;
7648
7649         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7650         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7651         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7652         if (!pgdat->node_mem_map) {
7653                 unsigned long size, end;
7654                 struct page *map;
7655
7656                 /*
7657                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7658                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7659                  * for the buddy allocator to function correctly.
7660                  */
7661                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7662                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7663                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7664                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7665                                    pgdat->node_id, false);
7666                 if (!map)
7667                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7668                               size, pgdat->node_id);
7669                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7670         }
7671         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7672                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7673                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7674 #ifndef CONFIG_NUMA
7675         /*
7676          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7677          */
7678         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7679                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7680                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7681                         mem_map -= offset;
7682         }
7683 #endif
7684 }
7685 #else
7686 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7687 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7688
7689 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7690 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7691 {
7692         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7693 }
7694 #else
7695 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7696 #endif
7697
7698 static void __init free_area_init_node(int nid)
7699 {
7700         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7701         unsigned long start_pfn = 0;
7702         unsigned long end_pfn = 0;
7703
7704         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7705         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7706
7707         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7708
7709         pgdat->node_id = nid;
7710         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7711         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7712
7713         if (start_pfn != end_pfn) {
7714                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7715                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7716                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7717         } else {
7718                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7719         }
7720
7721         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7722
7723         alloc_node_mem_map(pgdat);
7724         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7725
7726         free_area_init_core(pgdat);
7727 }
7728
7729 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7730 {
7731         free_area_init_node(nid);
7732 }
7733
7734 #if MAX_NUMNODES > 1
7735 /*
7736  * Figure out the number of possible node ids.
7737  */
7738 void __init setup_nr_node_ids(void)
7739 {
7740         unsigned int highest;
7741
7742         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7743         nr_node_ids = highest + 1;
7744 }
7745 #endif
7746
7747 /**
7748  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7749  *
7750  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7751  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7752  * all the nodes.
7753  *
7754  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7755  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7756  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7757  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7758  *
7759  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7760  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7761  * populated node map.
7762  *
7763  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7764  * requirement (single node).
7765  */
7766 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7767 {
7768         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7769         unsigned long start, end, mask;
7770         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7771         int i, nid;
7772
7773         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7774                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7775                         last_nid = nid;
7776                         last_end = end;
7777                         continue;
7778                 }
7779
7780                 /*
7781                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7782                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7783                  * too coarse to separate the current node from the last.
7784                  */
7785                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7786                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7787                         mask <<= 1;
7788
7789                 /* accumulate all internode masks */
7790                 accl_mask |= mask;
7791         }
7792
7793         /* convert mask to number of pages */
7794         return ~accl_mask + 1;
7795 }
7796
7797 /**
7798  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7799  *
7800  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7801  * memblock_set_node().
7802  */
7803 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7804 {
7805         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7806 }
7807
7808 /*
7809  * early_calculate_totalpages()
7810  * Sum pages in active regions for movable zone.
7811  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7812  */
7813 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7814 {
7815         unsigned long totalpages = 0;
7816         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7817         int i, nid;
7818
7819         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7820                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7821
7822                 totalpages += pages;
7823                 if (pages)
7824                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7825         }
7826         return totalpages;
7827 }
7828
7829 /*
7830  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7831  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7832  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7833  * others
7834  */
7835 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7836 {
7837         int i, nid;
7838         unsigned long usable_startpfn;
7839         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7840         /* save the state before borrow the nodemask */
7841         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7842         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7843         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7844         struct memblock_region *r;
7845
7846         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7847         find_usable_zone_for_movable();
7848
7849         /*
7850          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7851          * options.
7852          */
7853         if (movable_node_is_enabled()) {
7854                 for_each_mem_region(r) {
7855                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7856                                 continue;
7857
7858                         nid = memblock_get_region_node(r);
7859
7860                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7861                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7862                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7863                                 usable_startpfn;
7864                 }
7865
7866                 goto out2;
7867         }
7868
7869         /*
7870          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7871          */
7872         if (mirrored_kernelcore) {
7873                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7874
7875                 for_each_mem_region(r) {
7876                         if (memblock_is_mirror(r))
7877                                 continue;
7878
7879                         nid = memblock_get_region_node(r);
7880
7881                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7882
7883                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
7884                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7885                                 continue;
7886                         }
7887
7888                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7889                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7890                                 usable_startpfn;
7891                 }
7892
7893                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7894                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7895
7896                 goto out2;
7897         }
7898
7899         /*
7900          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7901          * amount of necessary memory.
7902          */
7903         if (required_kernelcore_percent)
7904                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7905                                        10000UL;
7906         if (required_movablecore_percent)
7907                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7908                                         10000UL;
7909
7910         /*
7911          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7912          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7913          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7914          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7915          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7916          * what movablecore would have allowed.
7917          */
7918         if (required_movablecore) {
7919                 unsigned long corepages;
7920
7921                 /*
7922                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7923                  * was requested by the user
7924                  */
7925                 required_movablecore =
7926                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7927                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7928                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7929
7930                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7931         }
7932
7933         /*
7934          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7935          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7936          */
7937         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7938                 goto out;
7939
7940         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7941         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7942
7943 restart:
7944         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7945         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7946         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7947                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7948
7949                 /*
7950                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7951                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7952                  * amount of memory for the kernel
7953                  */
7954                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7955                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7956
7957                 /*
7958                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7959                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7960                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7961                  */
7962                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7963
7964                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7965                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7966                         unsigned long size_pages;
7967
7968                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7969                         if (start_pfn >= end_pfn)
7970                                 continue;
7971
7972                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7973                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7974                                 unsigned long kernel_pages;
7975                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7976                                                                 - start_pfn;
7977
7978                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7979                                                         kernelcore_remaining);
7980                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7981                                                         required_kernelcore);
7982
7983                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7984                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7985
7986                                         /*
7987                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7988                                          * that if we have to rebalance
7989                                          * kernelcore across nodes, we will
7990                                          * not double account here
7991                                          */
7992                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7993                                         continue;
7994                                 }
7995                                 start_pfn = usable_startpfn;
7996                         }
7997
7998                         /*
7999                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8000                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8001                          * number of pages used as kernelcore
8002                          */
8003                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8004                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8005                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8006                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8007
8008                         /*
8009                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8010                          * break if the kernelcore for this node has been
8011                          * satisfied
8012                          */
8013                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8014                                                                 size_pages);
8015                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8016                         if (!kernelcore_remaining)
8017                                 break;
8018                 }
8019         }
8020
8021         /*
8022          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8023          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8024          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8025          * satisfied
8026          */
8027         usable_nodes--;
8028         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8029                 goto restart;
8030
8031 out2:
8032         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8033         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8034                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8035
8036                 zone_movable_pfn[nid] =
8037                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8038
8039                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8040                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8041                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8042         }
8043
8044 out:
8045         /* restore the node_state */
8046         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8047 }
8048
8049 /* Any regular or high memory on that node ? */
8050 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8051 {
8052         enum zone_type zone_type;
8053
8054         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8055                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8056                 if (populated_zone(zone)) {
8057                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8058                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8059                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8060                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8061                         break;
8062                 }
8063         }
8064 }
8065
8066 /*
8067  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8068  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8069  */
8070 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8071 {
8072         return false;
8073 }
8074
8075 /**
8076  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8077  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8078  *
8079  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8080  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8081  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8082  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8083  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8084  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8085  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8086  * at arch_max_dma_pfn.
8087  */
8088 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8089 {
8090         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8091         int i, nid, zone;
8092         bool descending;
8093
8094         /* Record where the zone boundaries are */
8095         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8096                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8097         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8098                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8099
8100         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8101         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8102
8103         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8104                 if (descending)
8105                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8106                 else
8107                         zone = i;
8108
8109                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8110                         continue;
8111
8112                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8113                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8114                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8115
8116                 start_pfn = end_pfn;
8117         }
8118
8119         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8120         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8121         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8122
8123         /* Print out the zone ranges */
8124         pr_info("Zone ranges:\n");
8125         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8126                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8127                         continue;
8128                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8129                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8130                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8131                         pr_cont("empty\n");
8132                 else
8133                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8134                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8135                                         << PAGE_SHIFT,
8136                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8137                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8138         }
8139
8140         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8141         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8142         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8143                 if (zone_movable_pfn[i])
8144                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8145                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8146         }
8147
8148         /*
8149          * Print out the early node map, and initialize the
8150          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8151          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8152          */
8153         pr_info("Early memory node ranges\n");
8154         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8155                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8156                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8157                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8158                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8159         }
8160
8161         /* Initialise every node */
8162         mminit_verify_pageflags_layout();
8163         setup_nr_node_ids();
8164         for_each_node(nid) {
8165                 pg_data_t *pgdat;
8166
8167                 if (!node_online(nid)) {
8168                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8169
8170                         /* Allocator not initialized yet */
8171                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8172                         if (!pgdat) {
8173                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8174                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8175                                 continue;
8176                         }
8177                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8178                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8179
8180                         /*
8181                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8182                          * files/directories for node without any memory
8183                          * attached to it, so this node is not marked as
8184                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8185                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8186                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8187                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8188                          * this node.
8189                          */
8190                         continue;
8191                 }
8192
8193                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8194                 free_area_init_node(nid);
8195
8196                 /* Any memory on that node */
8197                 if (pgdat->node_present_pages)
8198                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8199                 check_for_memory(pgdat, nid);
8200         }
8201
8202         memmap_init();
8203 }
8204
8205 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8206                                      unsigned long *percent)
8207 {
8208         unsigned long long coremem;
8209         char *endptr;
8210
8211         if (!p)
8212                 return -EINVAL;
8213
8214         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8215         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8216         if (*endptr == '%') {
8217                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8218                 WARN_ON(coremem > 100);
8219
8220                 *percent = coremem;
8221         } else {
8222                 coremem = memparse(p, &p);
8223                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8224                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8225
8226                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8227                 *percent = 0UL;
8228         }
8229         return 0;
8230 }
8231
8232 /*
8233  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8234  * cannot be reclaimed or migrated.
8235  */
8236 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8237 {
8238         /* parse kernelcore=mirror */
8239         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8240                 mirrored_kernelcore = true;
8241                 return 0;
8242         }
8243
8244         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8245                                   &required_kernelcore_percent);
8246 }
8247
8248 /*
8249  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8250  * can be reclaimed or migrated.
8251  */
8252 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8253 {
8254         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8255                                   &required_movablecore_percent);
8256 }
8257
8258 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8259 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8260
8261 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8262 {
8263         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8264         totalram_pages_add(count);
8265 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8266         if (PageHighMem(page))
8267                 totalhigh_pages_add(count);
8268 #endif
8269 }
8270 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8271
8272 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8273 {
8274         void *pos;
8275         unsigned long pages = 0;
8276
8277         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8278         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8279         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8280                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8281                 void *direct_map_addr;
8282
8283                 /*
8284                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8285                  * because some architectures' virt_to_page()
8286                  * work with aliases.  Getting the direct map
8287                  * address ensures that we get a _writeable_
8288                  * alias for the memset().
8289                  */
8290                 direct_map_addr = page_address(page);
8291                 /*
8292                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8293                  * has not been initialized.
8294                  */
8295                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8296                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8297                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8298
8299                 free_reserved_page(page);
8300         }
8301
8302         if (pages && s)
8303                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8304
8305         return pages;
8306 }
8307
8308 void __init mem_init_print_info(void)
8309 {
8310         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8311         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8312
8313         physpages = get_num_physpages();
8314         codesize = _etext - _stext;
8315         datasize = _edata - _sdata;
8316         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8317         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8318         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8319         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8320
8321         /*
8322          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8323          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8324          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8325          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8326          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8327          */
8328 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8329         do { \
8330                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8331                         size -= adj; \
8332         } while (0)
8333
8334         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8335                      _sinittext, init_code_size);
8336         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8337         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8338         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8339         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8340
8341 #undef  adj_init_size
8342
8343         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8344 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8345                 ", %luK highmem"
8346 #endif
8347                 ")\n",
8348                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8349                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8350                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8351                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8352                 K(totalcma_pages)
8353 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8354                 , K(totalhigh_pages())
8355 #endif
8356                 );
8357 }
8358
8359 /**
8360  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8361  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8362  *
8363  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8364  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8365  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8366  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8367  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8368  * smaller per-cpu batchsize.
8369  */
8370 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8371 {
8372         dma_reserve = new_dma_reserve;
8373 }
8374
8375 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8376 {
8377         struct zone *zone;
8378
8379         lru_add_drain_cpu(cpu);
8380         mlock_page_drain_remote(cpu);
8381         drain_pages(cpu);
8382
8383         /*
8384          * Spill the event counters of the dead processor
8385          * into the current processors event counters.
8386          * This artificially elevates the count of the current
8387          * processor.
8388          */
8389         vm_events_fold_cpu(cpu);
8390
8391         /*
8392          * Zero the differential counters of the dead processor
8393          * so that the vm statistics are consistent.
8394          *
8395          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8396          * race with what we are doing.
8397          */
8398         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8399
8400         for_each_populated_zone(zone)
8401                 zone_pcp_update(zone, 0);
8402
8403         return 0;
8404 }
8405
8406 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8407 {
8408         struct zone *zone;
8409
8410         for_each_populated_zone(zone)
8411                 zone_pcp_update(zone, 1);
8412         return 0;
8413 }
8414
8415 #ifdef CONFIG_NUMA
8416 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8417
8418 static int __init set_hashdist(char *str)
8419 {
8420         if (!str)
8421                 return 0;
8422         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8423         return 1;
8424 }
8425 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8426 #endif
8427
8428 void __init page_alloc_init(void)
8429 {
8430         int ret;
8431
8432 #ifdef CONFIG_NUMA
8433         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8434                 hashdist = 0;
8435 #endif
8436
8437         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8438                                         "mm/page_alloc:pcp",
8439                                         page_alloc_cpu_online,
8440                                         page_alloc_cpu_dead);
8441         WARN_ON(ret < 0);
8442 }
8443
8444 /*
8445  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8446  *      or min_free_kbytes changes.
8447  */
8448 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8449 {
8450         struct pglist_data *pgdat;
8451         unsigned long reserve_pages = 0;
8452         enum zone_type i, j;
8453
8454         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8455
8456                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8457
8458                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8459                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8460                         long max = 0;
8461                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8462
8463                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8464                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8465                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8466                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8467                         }
8468
8469                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8470                         max += high_wmark_pages(zone);
8471
8472                         if (max > managed_pages)
8473                                 max = managed_pages;
8474
8475                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8476
8477                         reserve_pages += max;
8478                 }
8479         }
8480         totalreserve_pages = reserve_pages;
8481 }
8482
8483 /*
8484  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8485  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8486  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8487  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8488  */
8489 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8490 {
8491         struct pglist_data *pgdat;
8492         enum zone_type i, j;
8493
8494         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8495                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8496                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8497                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8498                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8499                         unsigned long managed_pages = 0;
8500
8501                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8502                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8503
8504                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8505
8506                                 if (clear)
8507                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8508                                 else
8509                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8510                         }
8511                 }
8512         }
8513
8514         /* update totalreserve_pages */
8515         calculate_totalreserve_pages();
8516 }
8517
8518 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8519 {
8520         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8521         unsigned long lowmem_pages = 0;
8522         struct zone *zone;
8523         unsigned long flags;
8524
8525         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8526         for_each_zone(zone) {
8527                 if (!is_highmem(zone))
8528                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8529         }
8530
8531         for_each_zone(zone) {
8532                 u64 tmp;
8533
8534                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8535                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8536                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8537                 if (is_highmem(zone)) {
8538                         /*
8539                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8540                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8541                          * value here.
8542                          *
8543                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8544                          * deltas control async page reclaim, and so should
8545                          * not be capped for highmem.
8546                          */
8547                         unsigned long min_pages;
8548
8549                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8550                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8551                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8552                 } else {
8553                         /*
8554                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8555                          * proportionate to the zone's size.
8556                          */
8557                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8558                 }
8559
8560                 /*
8561                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8562                  * scale factor in proportion to available memory, but
8563                  * ensure a minimum size on small systems.
8564                  */
8565                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8566                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8567                                       watermark_scale_factor, 10000));
8568
8569                 zone->watermark_boost = 0;
8570                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8571                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8572                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8573
8574                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8575         }
8576
8577         /* update totalreserve_pages */
8578         calculate_totalreserve_pages();
8579 }
8580
8581 /**
8582  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8583  * or when memory is hot-{added|removed}
8584  *
8585  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8586  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8587  */
8588 void setup_per_zone_wmarks(void)
8589 {
8590         struct zone *zone;
8591         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8592
8593         spin_lock(&lock);
8594         __setup_per_zone_wmarks();
8595         spin_unlock(&lock);
8596
8597         /*
8598          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8599          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8600          */
8601         for_each_zone(zone)
8602                 zone_pcp_update(zone, 0);
8603 }
8604
8605 /*
8606  * Initialise min_free_kbytes.
8607  *
8608  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8609  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8610  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8611  *
8612  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8613  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8614  *
8615  * which yields
8616  *
8617  * 16MB:        512k
8618  * 32MB:        724k
8619  * 64MB:        1024k
8620  * 128MB:       1448k
8621  * 256MB:       2048k
8622  * 512MB:       2896k
8623  * 1024MB:      4096k
8624  * 2048MB:      5792k
8625  * 4096MB:      8192k
8626  * 8192MB:      11584k
8627  * 16384MB:     16384k
8628  */
8629 void calculate_min_free_kbytes(void)
8630 {
8631         unsigned long lowmem_kbytes;
8632         int new_min_free_kbytes;
8633
8634         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8635         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8636
8637         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8638                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8639         else
8640                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8641                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8642
8643 }
8644
8645 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8646 {
8647         calculate_min_free_kbytes();
8648         setup_per_zone_wmarks();
8649         refresh_zone_stat_thresholds();
8650         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8651
8652 #ifdef CONFIG_NUMA
8653         setup_min_unmapped_ratio();
8654         setup_min_slab_ratio();
8655 #endif
8656
8657         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8658
8659         return 0;
8660 }
8661 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8662
8663 /*
8664  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8665  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8666  *      changes.
8667  */
8668 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8669                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8670 {
8671         int rc;
8672
8673         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8674         if (rc)
8675                 return rc;
8676
8677         if (write) {
8678                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8679                 setup_per_zone_wmarks();
8680         }
8681         return 0;
8682 }
8683
8684 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8685                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8686 {
8687         int rc;
8688
8689         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8690         if (rc)
8691                 return rc;
8692
8693         if (write)
8694                 setup_per_zone_wmarks();
8695
8696         return 0;
8697 }
8698
8699 #ifdef CONFIG_NUMA
8700 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8701 {
8702         pg_data_t *pgdat;
8703         struct zone *zone;
8704
8705         for_each_online_pgdat(pgdat)
8706                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8707
8708         for_each_zone(zone)
8709                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8710                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8711 }
8712
8713
8714 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8715                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8716 {
8717         int rc;
8718
8719         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8720         if (rc)
8721                 return rc;
8722
8723         setup_min_unmapped_ratio();
8724
8725         return 0;
8726 }
8727
8728 static void setup_min_slab_ratio(void)
8729 {
8730         pg_data_t *pgdat;
8731         struct zone *zone;
8732
8733         for_each_online_pgdat(pgdat)
8734                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8735
8736         for_each_zone(zone)
8737                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8738                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8739 }
8740
8741 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8742                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8743 {
8744         int rc;
8745
8746         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8747         if (rc)
8748                 return rc;
8749
8750         setup_min_slab_ratio();
8751
8752         return 0;
8753 }
8754 #endif
8755
8756 /*
8757  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8758  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8759  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8760  *
8761  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8762  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8763  * if in function of the boot time zone sizes.
8764  */
8765 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8766                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8767 {
8768         int i;
8769
8770         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8771
8772         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8773                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8774                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8775         }
8776
8777         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8778         return 0;
8779 }
8780
8781 /*
8782  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8783  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8784  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8785  */
8786 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8787                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8788 {
8789         struct zone *zone;
8790         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8791         int ret;
8792
8793         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8794         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8795
8796         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8797         if (!write || ret < 0)
8798                 goto out;
8799
8800         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8801         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8802             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8803                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8804                 ret = -EINVAL;
8805                 goto out;
8806         }
8807
8808         /* No change? */
8809         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8810                 goto out;
8811
8812         for_each_populated_zone(zone)
8813                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8814 out:
8815         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8816         return ret;
8817 }
8818
8819 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8820 /*
8821  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8822  * is not known to alloc_large_system_hash().
8823  */
8824 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8825 {
8826         return 0;
8827 }
8828 #endif
8829
8830 /*
8831  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8832  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8833  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8834  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8835  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8836  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8837  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8838  */
8839 #if __BITS_PER_LONG > 32
8840 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8841 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8842 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8843 #endif
8844
8845 /*
8846  * allocate a large system hash table from bootmem
8847  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8848  *   quantity of entries
8849  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8850  */
8851 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8852                                      unsigned long bucketsize,
8853                                      unsigned long numentries,
8854                                      int scale,
8855                                      int flags,
8856                                      unsigned int *_hash_shift,
8857                                      unsigned int *_hash_mask,
8858                                      unsigned long low_limit,
8859                                      unsigned long high_limit)
8860 {
8861         unsigned long long max = high_limit;
8862         unsigned long log2qty, size;
8863         void *table = NULL;
8864         gfp_t gfp_flags;
8865         bool virt;
8866         bool huge;
8867
8868         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8869         if (!numentries) {
8870                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8871                 numentries = nr_kernel_pages;
8872                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8873
8874                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8875                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8876                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8877
8878 #if __BITS_PER_LONG > 32
8879                 if (!high_limit) {
8880                         unsigned long adapt;
8881
8882                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8883                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8884                                 scale++;
8885                 }
8886 #endif
8887
8888                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8889                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8890                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8891                 else
8892                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8893
8894                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8895                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8896                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8897                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8898                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8899                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8900                                 BUG_ON(!numentries);
8901                         }
8902                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8903                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8904         }
8905         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8906
8907         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8908         if (max == 0) {
8909                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8910                 do_div(max, bucketsize);
8911         }
8912         max = min(max, 0x80000000ULL);
8913
8914         if (numentries < low_limit)
8915                 numentries = low_limit;
8916         if (numentries > max)
8917                 numentries = max;
8918
8919         log2qty = ilog2(numentries);
8920
8921         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8922         do {
8923                 virt = false;
8924                 size = bucketsize << log2qty;
8925                 if (flags & HASH_EARLY) {
8926                         if (flags & HASH_ZERO)
8927                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8928                         else
8929                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8930                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8931                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8932                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
8933                         virt = true;
8934                         if (table)
8935                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8936                 } else {
8937                         /*
8938                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8939                          * some pages at the end of hash table which
8940                          * alloc_pages_exact() automatically does
8941                          */
8942                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8943                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8944                 }
8945         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8946
8947         if (!table)
8948                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8949
8950         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8951                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8952                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8953
8954         if (_hash_shift)
8955                 *_hash_shift = log2qty;
8956         if (_hash_mask)
8957                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8958
8959         return table;
8960 }
8961
8962 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8963 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8964         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8965 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8966 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8967 {
8968         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8969
8970         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8971                 struct page *page;
8972
8973                 dump_stack();
8974                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8975                         dump_page(page, "migration failure");
8976         }
8977 }
8978 #else
8979 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8980 {
8981 }
8982 #endif
8983
8984 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8985 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8986                                         unsigned long start, unsigned long end)
8987 {
8988         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8989         unsigned int nr_reclaimed;
8990         unsigned long pfn = start;
8991         unsigned int tries = 0;
8992         int ret = 0;
8993         struct migration_target_control mtc = {
8994                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8995                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8996         };
8997
8998         lru_cache_disable();
8999
9000         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9001                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9002                         ret = -EINTR;
9003                         break;
9004                 }
9005
9006                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9007                         cc->nr_migratepages = 0;
9008                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9009                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9010                                 break;
9011                         pfn = cc->migrate_pfn;
9012                         tries = 0;
9013                 } else if (++tries == 5) {
9014                         ret = -EBUSY;
9015                         break;
9016                 }
9017
9018                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9019                                                         &cc->migratepages);
9020                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9021
9022                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9023                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9024
9025                 /*
9026                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9027                  * to retry again over this error, so do the same here.
9028                  */
9029                 if (ret == -ENOMEM)
9030                         break;
9031         }
9032
9033         lru_cache_enable();
9034         if (ret < 0) {
9035                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9036                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9037                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9038                 return ret;
9039         }
9040         return 0;
9041 }
9042
9043 /**
9044  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9045  * @start:      start PFN to allocate
9046  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9047  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9048  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9049  *                      in range must have the same migratetype and it must
9050  *                      be either of the two.
9051  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9052  *
9053  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9054  * belong to a single zone.
9055  *
9056  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9057  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9058  * be modified by others.
9059  *
9060  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9061  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9062  * need to be freed with free_contig_range().
9063  */
9064 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9065                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9066 {
9067         unsigned long outer_start, outer_end;
9068         int order;
9069         int ret = 0;
9070
9071         struct compact_control cc = {
9072                 .nr_migratepages = 0,
9073                 .order = -1,
9074                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9075                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9076                 .ignore_skip_hint = true,
9077                 .no_set_skip_hint = true,
9078                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9079                 .alloc_contig = true,
9080         };
9081         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9082
9083         /*
9084          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9085          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9086          * have different sizes, and due to the way page allocator
9087          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9088          *
9089          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9090          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9091          * we are interested in). This will put all the pages in
9092          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9093          *
9094          * When this is done, we take the pages in range from page
9095          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9096          * page allocator will never consider using them.
9097          *
9098          * This lets us mark the pageblocks back as
9099          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9100          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9101          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9102          */
9103
9104         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9105         if (ret)
9106                 goto done;
9107
9108         drain_all_pages(cc.zone);
9109
9110         /*
9111          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9112          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9113          * which will report the busy page.
9114          *
9115          * It is possible that busy pages could become available before
9116          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9117          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9118          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9119          */
9120         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9121         if (ret && ret != -EBUSY)
9122                 goto done;
9123         ret = 0;
9124
9125         /*
9126          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9127          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9128          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9129          * What we are going to do is to allocate all pages from
9130          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9131          *
9132          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9133          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9134          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9135          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9136          * once this is done free the pages we are not interested in.
9137          *
9138          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9139          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9140          */
9141
9142         order = 0;
9143         outer_start = start;
9144         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9145                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9146                         outer_start = start;
9147                         break;
9148                 }
9149                 outer_start &= ~0UL << order;
9150         }
9151
9152         if (outer_start != start) {
9153                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9154
9155                 /*
9156                  * outer_start page could be small order buddy page and
9157                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9158                  * in this case to report failed page properly
9159                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9160                  */
9161                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9162                         outer_start = start;
9163         }
9164
9165         /* Make sure the range is really isolated. */
9166         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9167                 ret = -EBUSY;
9168                 goto done;
9169         }
9170
9171         /* Grab isolated pages from freelists. */
9172         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9173         if (!outer_end) {
9174                 ret = -EBUSY;
9175                 goto done;
9176         }
9177
9178         /* Free head and tail (if any) */
9179         if (start != outer_start)
9180                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9181         if (end != outer_end)
9182                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9183
9184 done:
9185         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9186         return ret;
9187 }
9188 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9189
9190 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9191                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9192 {
9193         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9194
9195         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9196                                   gfp_mask);
9197 }
9198
9199 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9200                                    unsigned long nr_pages)
9201 {
9202         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9203         struct page *page;
9204
9205         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9206                 page = pfn_to_online_page(i);
9207                 if (!page)
9208                         return false;
9209
9210                 if (page_zone(page) != z)
9211                         return false;
9212
9213                 if (PageReserved(page))
9214                         return false;
9215         }
9216         return true;
9217 }
9218
9219 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9220                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9221 {
9222         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9223
9224         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9225 }
9226
9227 /**
9228  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9229  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9230  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9231  * @nid:        Target node
9232  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9233  *
9234  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9235  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9236  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9237  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9238  *
9239  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9240  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9241  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9242  *
9243  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9244  * __free_page() on each allocated page.
9245  *
9246  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9247  */
9248 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9249                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9250 {
9251         unsigned long ret, pfn, flags;
9252         struct zonelist *zonelist;
9253         struct zone *zone;
9254         struct zoneref *z;
9255
9256         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9257         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9258                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9259                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9260
9261                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9262                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9263                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9264                                 /*
9265                                  * We release the zone lock here because
9266                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9267                                  * at some point. If there's an allocation
9268                                  * spinning on this lock, it may win the race
9269                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9270                                  */
9271                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9272                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9273                                                         gfp_mask);
9274                                 if (!ret)
9275                                         return pfn_to_page(pfn);
9276                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9277                         }
9278                         pfn += nr_pages;
9279                 }
9280                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9281         }
9282         return NULL;
9283 }
9284 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9285
9286 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9287 {
9288         unsigned long count = 0;
9289
9290         for (; nr_pages--; pfn++) {
9291                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9292
9293                 count += page_count(page) != 1;
9294                 __free_page(page);
9295         }
9296         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9297 }
9298 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9299
9300 /*
9301  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9302  * page high values need to be recalculated.
9303  */
9304 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9305 {
9306         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9307         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9308         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9309 }
9310
9311 /*
9312  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9313  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9314  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9315  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9316  *
9317  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9318  */
9319 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9320 {
9321         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9322         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9323         __drain_all_pages(zone, true);
9324 }
9325
9326 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9327 {
9328         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9329         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9330 }
9331
9332 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9333 {
9334         int cpu;
9335         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9336
9337         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9338                 for_each_online_cpu(cpu) {
9339                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9340                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9341                 }
9342                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9343                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9344                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9345                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9346         }
9347 }
9348
9349 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9350 /*
9351  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9352  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9353  */
9354 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9355 {
9356         unsigned long pfn = start_pfn;
9357         struct page *page;
9358         struct zone *zone;
9359         unsigned int order;
9360         unsigned long flags;
9361
9362         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9363         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9364         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9365         while (pfn < end_pfn) {
9366                 page = pfn_to_page(pfn);
9367                 /*
9368                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9369                  * page_count() is not 0.
9370                  */
9371                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9372                         pfn++;
9373                         continue;
9374                 }
9375                 /*
9376                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9377                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9378                  */
9379                 if (PageOffline(page)) {
9380                         BUG_ON(page_count(page));
9381                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9382                         pfn++;
9383                         continue;
9384                 }
9385
9386                 BUG_ON(page_count(page));
9387                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9388                 order = buddy_order(page);
9389                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9390                 pfn += (1 << order);
9391         }
9392         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9393 }
9394 #endif
9395
9396 /*
9397  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9398  */
9399 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9400 {
9401         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9402         unsigned int order;
9403
9404         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9405                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9406
9407                 if (PageBuddy(page_head) &&
9408                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9409                         break;
9410         }
9411
9412         return order < MAX_ORDER;
9413 }
9414 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9415
9416 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9417 /*
9418  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9419  * buddy allocator.
9420  */
9421 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9422                                    struct page *target, int low, int high,
9423                                    int migratetype)
9424 {
9425         unsigned long size = 1 << high;
9426         struct page *current_buddy, *next_page;
9427
9428         while (high > low) {
9429                 high--;
9430                 size >>= 1;
9431
9432                 if (target >= &page[size]) {
9433                         next_page = page + size;
9434                         current_buddy = page;
9435                 } else {
9436                         next_page = page;
9437                         current_buddy = page + size;
9438                 }
9439
9440                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9441                         continue;
9442
9443                 if (current_buddy != target) {
9444                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9445                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9446                         page = next_page;
9447                 }
9448         }
9449 }
9450
9451 /*
9452  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9453  */
9454 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9455 {
9456         struct zone *zone = page_zone(page);
9457         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9458         unsigned long flags;
9459         unsigned int order;
9460         bool ret = false;
9461
9462         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9463         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9464                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9465                 int page_order = buddy_order(page_head);
9466
9467                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9468                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9469                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9470                                                                    pfn_head);
9471
9472                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9473                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9474                                                 page_order, migratetype);
9475                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9476                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9477                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9478                         ret = true;
9479                         break;
9480                 }
9481                 if (page_count(page_head) > 0)
9482                         break;
9483         }
9484         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9485         return ret;
9486 }
9487
9488 /*
9489  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9490  */
9491 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9492 {
9493         struct zone *zone = page_zone(page);
9494         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9495         unsigned long flags;
9496         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9497         bool ret = false;
9498
9499         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9500         if (put_page_testzero(page)) {
9501                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9502                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9503                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9504                         ret = true;
9505                 }
9506         }
9507         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9508
9509         return ret;
9510 }
9511 #endif
9512
9513 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9514 bool has_managed_dma(void)
9515 {
9516         struct pglist_data *pgdat;
9517
9518         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9519                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9520
9521                 if (managed_zone(zone))
9522                         return true;
9523         }
9524         return false;
9525 }
9526 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */