Merge branch 'CR_3027_pinctrl_hal.feng' into 'jh7110-5.15.y-devel'
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
194                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
195 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
196 {
197
198         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
199 }
200 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
201
202 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
203                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
204 static int __init early_init_on_free(char *buf)
205 {
206         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
207 }
208 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
209
210 /*
211  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
212  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
213  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
214  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
215  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
216  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
217  */
218 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
219 {
220         return page->index;
221 }
222
223 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
224 {
225         page->index = migratetype;
226 }
227
228 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
229 /*
230  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
231  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
232  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
233  * they should always be called with system_transition_mutex held
234  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
235  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
236  * with that modification).
237  */
238
239 static gfp_t saved_gfp_mask;
240
241 void pm_restore_gfp_mask(void)
242 {
243         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
244         if (saved_gfp_mask) {
245                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
246                 saved_gfp_mask = 0;
247         }
248 }
249
250 void pm_restrict_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         WARN_ON(saved_gfp_mask);
254         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
255         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
256 }
257
258 bool pm_suspended_storage(void)
259 {
260         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
261                 return false;
262         return true;
263 }
264 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
265
266 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
267 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
268 #endif
269
270 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
271                             fpi_t fpi_flags);
272
273 /*
274  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
275  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
276  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
277  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
278  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
279  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
280  *
281  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
282  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
283  */
284 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
286         [ZONE_DMA] = 256,
287 #endif
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
289         [ZONE_DMA32] = 256,
290 #endif
291         [ZONE_NORMAL] = 32,
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
294 #endif
295         [ZONE_MOVABLE] = 0,
296 };
297
298 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
300          "DMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
303          "DMA32",
304 #endif
305          "Normal",
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307          "HighMem",
308 #endif
309          "Movable",
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
311          "Device",
312 #endif
313 };
314
315 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
316         "Unmovable",
317         "Movable",
318         "Reclaimable",
319         "HighAtomic",
320 #ifdef CONFIG_CMA
321         "CMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
324         "Isolate",
325 #endif
326 };
327
328 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
329         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
330         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
331 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
332         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
335         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
336 #endif
337 };
338
339 int min_free_kbytes = 1024;
340 int user_min_free_kbytes = -1;
341 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
342 int watermark_scale_factor = 10;
343
344 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
345 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
346 static unsigned long dma_reserve __initdata;
347
348 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
349 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
350 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
351 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
352 static unsigned long required_movablecore __initdata;
353 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
354 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
355 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
356
357 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
358 int movable_zone;
359 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
360
361 #if MAX_NUMNODES > 1
362 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
363 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
364 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
365 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
366 #endif
367
368 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
369
370 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
371 /*
372  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
373  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
374  * and we can permanently disable that path.
375  */
376 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
377
378 /*
379  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
380  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
381  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
382  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
383  *
384  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
385  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
386  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
387  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
388  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
389  * initialization is done, but this is not likely to happen.
390  */
391 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
392 {
393         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
394                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
395                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
396                PageSkipKASanPoison(page);
397 }
398
399 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
400 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
401 {
402         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
403
404         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
405                 return true;
406
407         return false;
408 }
409
410 /*
411  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
412  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
413  */
414 static bool __meminit
415 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
416 {
417         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
418
419         /*
420          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
421          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
422          */
423         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
424                 prev_end_pfn = end_pfn;
425                 nr_initialised = 0;
426         }
427
428         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
429         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
430                 return false;
431
432         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
433                 return true;
434         /*
435          * We start only with one section of pages, more pages are added as
436          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
437          */
438         nr_initialised++;
439         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
440             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
441                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
442                 return true;
443         }
444         return false;
445 }
446 #else
447 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
448 {
449         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
450                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
451                PageSkipKASanPoison(page);
452 }
453
454 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
455 {
456         return false;
457 }
458
459 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
460 {
461         return false;
462 }
463 #endif
464
465 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
466 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
467                                                         unsigned long pfn)
468 {
469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
470         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
471 #else
472         return page_zone(page)->pageblock_flags;
473 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
474 }
475
476 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
477 {
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
480 #else
481         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
482 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
483         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
484 }
485
486 static __always_inline
487 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
488                                         unsigned long pfn,
489                                         unsigned long mask)
490 {
491         unsigned long *bitmap;
492         unsigned long bitidx, word_bitidx;
493         unsigned long word;
494
495         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
496         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
497         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
498         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
499
500         word = bitmap[word_bitidx];
501         return (word >> bitidx) & mask;
502 }
503
504 /**
505  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
506  * @page: The page within the block of interest
507  * @pfn: The target page frame number
508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
509  *
510  * Return: pageblock_bits flags
511  */
512 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
513                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
514 {
515         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
516 }
517
518 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
519                                         unsigned long pfn)
520 {
521         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
522 }
523
524 /**
525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
526  * @page: The page within the block of interest
527  * @flags: The flags to set
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  */
531 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
532                                         unsigned long pfn,
533                                         unsigned long mask)
534 {
535         unsigned long *bitmap;
536         unsigned long bitidx, word_bitidx;
537         unsigned long old_word, word;
538
539         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
540         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546
547         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
548
549         mask <<= bitidx;
550         flags <<= bitidx;
551
552         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
553         for (;;) {
554                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
555                 if (word == old_word)
556                         break;
557                 word = old_word;
558         }
559 }
560
561 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
562 {
563         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
564                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
565                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
566
567         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
568                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
572 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
573 {
574         int ret = 0;
575         unsigned seq;
576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
577         unsigned long sp, start_pfn;
578
579         do {
580                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
581                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
582                 sp = zone->spanned_pages;
583                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
584                         ret = 1;
585         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
586
587         if (ret)
588                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
589                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
590                         start_pfn, start_pfn + sp);
591
592         return ret;
593 }
594
595 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (zone != page_zone(page))
598                 return 0;
599
600         return 1;
601 }
602 /*
603  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
604  */
605 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
608                 return 1;
609         if (!page_is_consistent(zone, page))
610                 return 1;
611
612         return 0;
613 }
614 #else
615 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
616 {
617         return 0;
618 }
619 #endif
620
621 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
622 {
623         static unsigned long resume;
624         static unsigned long nr_shown;
625         static unsigned long nr_unshown;
626
627         /*
628          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
629          * or allow a steady drip of one report per second.
630          */
631         if (nr_shown == 60) {
632                 if (time_before(jiffies, resume)) {
633                         nr_unshown++;
634                         goto out;
635                 }
636                 if (nr_unshown) {
637                         pr_alert(
638                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
639                                 nr_unshown);
640                         nr_unshown = 0;
641                 }
642                 nr_shown = 0;
643         }
644         if (nr_shown++ == 0)
645                 resume = jiffies + 60 * HZ;
646
647         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
648                 current->comm, page_to_pfn(page));
649         dump_page(page, reason);
650
651         print_modules();
652         dump_stack();
653 out:
654         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
655         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
656         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
657 }
658
659 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
660 {
661         int base = order;
662
663 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
664         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
665                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
666                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
667         }
668 #else
669         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
670 #endif
671
672         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
673 }
674
675 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
676 {
677         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
678
679 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
680         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
681                 order = pageblock_order;
682                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
683         }
684 #else
685         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
686 #endif
687
688         return order;
689 }
690
691 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
692 {
693         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
694                 return true;
695 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
696         if (order == pageblock_order)
697                 return true;
698 #endif
699         return false;
700 }
701
702 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
705                 free_unref_page(page, order);
706         else
707                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
708 }
709
710 /*
711  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
712  *
713  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
714  *
715  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
716  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
717  *
718  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
719  * page destructors. See compound_page_dtors.
720  *
721  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
722  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
723  */
724
725 void free_compound_page(struct page *page)
726 {
727         mem_cgroup_uncharge(page);
728         free_the_page(page, compound_order(page));
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                 struct page *p = page + i;
739                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
740                 set_compound_head(p, page);
741         }
742
743         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
744         set_compound_order(page, order);
745         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
746         if (hpage_pincount_available(page))
747                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
748 }
749
750 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
751 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
752
753 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
754                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
755 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
757 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
758
759 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
760
761 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
762 {
763         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
764 }
765 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
766
767 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
768 {
769         unsigned long res;
770
771         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
772                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
773                 return 0;
774         }
775         _debug_guardpage_minorder = res;
776         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
777         return 0;
778 }
779 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
780
781 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
782                                 unsigned int order, int migratetype)
783 {
784         if (!debug_guardpage_enabled())
785                 return false;
786
787         if (order >= debug_guardpage_minorder())
788                 return false;
789
790         __SetPageGuard(page);
791         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
792         set_page_private(page, order);
793         /* Guard pages are not available for any usage */
794         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
795
796         return true;
797 }
798
799 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                                 unsigned int order, int migratetype)
801 {
802         if (!debug_guardpage_enabled())
803                 return;
804
805         __ClearPageGuard(page);
806
807         set_page_private(page, 0);
808         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
809                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
810 }
811 #else
812 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
813                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
814 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
815                                 unsigned int order, int migratetype) {}
816 #endif
817
818 /*
819  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
820  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
821  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
822  * enabled, and then make decisions.
823  */
824 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
825 {
826         bool page_poisoning_requested = false;
827
828 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
829         /*
830          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
831          * either of those options are enabled, enable poisoning.
832          */
833         if (page_poisoning_enabled() ||
834              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
835               debug_pagealloc_enabled())) {
836                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
837                 page_poisoning_requested = true;
838         }
839 #endif
840
841         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
842             page_poisoning_requested) {
843                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
844                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
845                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
846                 _init_on_free_enabled_early = false;
847         }
848
849         if (_init_on_alloc_enabled_early)
850                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
851         else
852                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
853
854         if (_init_on_free_enabled_early)
855                 static_branch_enable(&init_on_free);
856         else
857                 static_branch_disable(&init_on_free);
858
859 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
860         if (!debug_pagealloc_enabled())
861                 return;
862
863         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
864
865         if (!debug_guardpage_minorder())
866                 return;
867
868         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
869 #endif
870 }
871
872 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
873 {
874         set_page_private(page, order);
875         __SetPageBuddy(page);
876 }
877
878 /*
879  * This function checks whether a page is free && is the buddy
880  * we can coalesce a page and its buddy if
881  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
882  * (b) the buddy is in the buddy system &&
883  * (c) a page and its buddy have the same order &&
884  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
885  *
886  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
887  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
888  *
889  * For recording page's order, we use page_private(page).
890  */
891 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
892                                                         unsigned int order)
893 {
894         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
895                 return false;
896
897         if (buddy_order(buddy) != order)
898                 return false;
899
900         /*
901          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
902          * zone/node ids for pages that could never merge.
903          */
904         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
905                 return false;
906
907         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
908
909         return true;
910 }
911
912 #ifdef CONFIG_COMPACTION
913 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
914 {
915         struct capture_control *capc = current->capture_control;
916
917         return unlikely(capc) &&
918                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
919                 !capc->page &&
920                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
921 }
922
923 static inline bool
924 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
925                    int order, int migratetype)
926 {
927         if (!capc || order != capc->cc->order)
928                 return false;
929
930         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
931         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
932             is_migrate_isolate(migratetype))
933                 return false;
934
935         /*
936          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
937          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
938          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
939          * have trouble finding a high-order free page.
940          */
941         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
942                 return false;
943
944         capc->page = page;
945         return true;
946 }
947
948 #else
949 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
950 {
951         return NULL;
952 }
953
954 static inline bool
955 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
956                    int order, int migratetype)
957 {
958         return false;
959 }
960 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
961
962 /* Used for pages not on another list */
963 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
964                                     unsigned int order, int migratetype)
965 {
966         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
967
968         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
969         area->nr_free++;
970 }
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
974                                          unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /*
983  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
984  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
985  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
986  */
987 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
988                                      unsigned int order, int migratetype)
989 {
990         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
991
992         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
993 }
994
995 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
996                                            unsigned int order)
997 {
998         /* clear reported state and update reported page count */
999         if (page_reported(page))
1000                 __ClearPageReported(page);
1001
1002         list_del(&page->lru);
1003         __ClearPageBuddy(page);
1004         set_page_private(page, 0);
1005         zone->free_area[order].nr_free--;
1006 }
1007
1008 /*
1009  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1010  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1011  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1012  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1013  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1014  * as a higher order page
1015  */
1016 static inline bool
1017 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1018                    struct page *page, unsigned int order)
1019 {
1020         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1021         unsigned long combined_pfn;
1022
1023         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1024                 return false;
1025
1026         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1027         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1028         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1029         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1030
1031         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Freeing function for a buddy system allocator.
1036  *
1037  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1038  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1039  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1040  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1041  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1042  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1043  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1044  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1045  * parts of the VM system.
1046  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1047  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1048  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1049  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1050  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1051  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1052  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1053  * triggers coalescing into a block of larger size.
1054  *
1055  * -- nyc
1056  */
1057
1058 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1059                 unsigned long pfn,
1060                 struct zone *zone, unsigned int order,
1061                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1062 {
1063         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1064         unsigned long buddy_pfn;
1065         unsigned long combined_pfn;
1066         unsigned int max_order;
1067         struct page *buddy;
1068         bool to_tail;
1069
1070         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1071
1072         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1073         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1074
1075         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1076         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1077                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1078
1079         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1080         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1081
1082 continue_merging:
1083         while (order < max_order) {
1084                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1085                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1086                                                                 migratetype);
1087                         return;
1088                 }
1089                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1090                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1091
1092                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1093                         goto done_merging;
1094                 /*
1095                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1096                  * merge with it and move up one order.
1097                  */
1098                 if (page_is_guard(buddy))
1099                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1100                 else
1101                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1102                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1103                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1104                 pfn = combined_pfn;
1105                 order++;
1106         }
1107         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1108                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1109                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1110                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1111                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1112                  *
1113                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1114                  * low-order merging.
1115                  */
1116                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1117                         int buddy_mt;
1118
1119                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1120                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1121                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1122
1123                         if (migratetype != buddy_mt
1124                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1125                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1126                                 goto done_merging;
1127                 }
1128                 max_order = order + 1;
1129                 goto continue_merging;
1130         }
1131
1132 done_merging:
1133         set_buddy_order(page, order);
1134
1135         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1136                 to_tail = true;
1137         else if (is_shuffle_order(order))
1138                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1139         else
1140                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1141
1142         if (to_tail)
1143                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1144         else
1145                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1146
1147         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1148         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1149                 page_reporting_notify_free(order);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1154  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1155  * check if necessary.
1156  */
1157 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1158                                         unsigned long check_flags)
1159 {
1160         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1161                 return false;
1162
1163         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1164                         page_ref_count(page) |
1165 #ifdef CONFIG_MEMCG
1166                         page->memcg_data |
1167 #endif
1168                         (page->flags & check_flags)))
1169                 return false;
1170
1171         return true;
1172 }
1173
1174 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1175 {
1176         const char *bad_reason = NULL;
1177
1178         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1179                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1180         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1181                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1182         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1183                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1184         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1185                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1186                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1187                 else
1188                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1189         }
1190 #ifdef CONFIG_MEMCG
1191         if (unlikely(page->memcg_data))
1192                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1193 #endif
1194         return bad_reason;
1195 }
1196
1197 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1198 {
1199         bad_page(page,
1200                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1201 }
1202
1203 static inline int check_free_page(struct page *page)
1204 {
1205         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1206                 return 0;
1207
1208         /* Something has gone sideways, find it */
1209         check_free_page_bad(page);
1210         return 1;
1211 }
1212
1213 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1214 {
1215         int ret = 1;
1216
1217         /*
1218          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1219          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1220          */
1221         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1222
1223         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1224                 ret = 0;
1225                 goto out;
1226         }
1227         switch (page - head_page) {
1228         case 1:
1229                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1230                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1231                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1232                         goto out;
1233                 }
1234                 break;
1235         case 2:
1236                 /*
1237                  * the second tail page: ->mapping is
1238                  * deferred_list.next -- ignore value.
1239                  */
1240                 break;
1241         default:
1242                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1243                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1244                         goto out;
1245                 }
1246                 break;
1247         }
1248         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1249                 bad_page(page, "PageTail not set");
1250                 goto out;
1251         }
1252         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1253                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1254                 goto out;
1255         }
1256         ret = 0;
1257 out:
1258         page->mapping = NULL;
1259         clear_compound_head(page);
1260         return ret;
1261 }
1262
1263 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1264 {
1265         int i;
1266
1267         if (zero_tags) {
1268                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1269                         tag_clear_highpage(page + i);
1270                 return;
1271         }
1272
1273         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1274         kasan_disable_current();
1275         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1276                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1277                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1278                 clear_highpage(page + i);
1279                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1280         }
1281         kasan_enable_current();
1282 }
1283
1284 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1285                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1286 {
1287         int bad = 0;
1288         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1289
1290         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1291
1292         trace_mm_page_free(page, order);
1293
1294         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1295                 /*
1296                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1297                  * Untie memcg state and reset page's owner
1298                  */
1299                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1300                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1301                 reset_page_owner(page, order);
1302                 return false;
1303         }
1304
1305         /*
1306          * Check tail pages before head page information is cleared to
1307          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1308          */
1309         if (unlikely(order)) {
1310                 bool compound = PageCompound(page);
1311                 int i;
1312
1313                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1314
1315                 if (compound) {
1316                         ClearPageDoubleMap(page);
1317                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1318                 }
1319                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1320                         if (compound)
1321                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1322                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1323                                 bad++;
1324                                 continue;
1325                         }
1326                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1327                 }
1328         }
1329         if (PageMappingFlags(page))
1330                 page->mapping = NULL;
1331         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1332                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1333         if (check_free)
1334                 bad += check_free_page(page);
1335         if (bad)
1336                 return false;
1337
1338         page_cpupid_reset_last(page);
1339         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1340         reset_page_owner(page, order);
1341
1342         if (!PageHighMem(page)) {
1343                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1344                                            PAGE_SIZE << order);
1345                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1346                                            PAGE_SIZE << order);
1347         }
1348
1349         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1350
1351         /*
1352          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1353          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1354          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1355          *
1356          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1357          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1358          */
1359         if (kasan_has_integrated_init()) {
1360                 if (!skip_kasan_poison)
1361                         kasan_free_pages(page, order);
1362         } else {
1363                 bool init = want_init_on_free();
1364
1365                 if (init)
1366                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1367                 if (!skip_kasan_poison)
1368                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1369         }
1370
1371         /*
1372          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1373          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1374          * happen after this.
1375          */
1376         arch_free_page(page, order);
1377
1378         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1379
1380         return true;
1381 }
1382
1383 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1384 /*
1385  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1386  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1387  * moved from pcp lists to free lists.
1388  */
1389 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1390 {
1391         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1392 }
1393
1394 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1395 {
1396         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1397                 return check_free_page(page);
1398         else
1399                 return false;
1400 }
1401 #else
1402 /*
1403  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1404  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1405  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1406  * to the pcp lists.
1407  */
1408 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1409 {
1410         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1411                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1412         else
1413                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1414 }
1415
1416 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1417 {
1418         return check_free_page(page);
1419 }
1420 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1421
1422 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1423 {
1424         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1425         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1426         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1427
1428         prefetch(buddy);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Frees a number of pages from the PCP lists
1433  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1434  * count is the number of pages to free.
1435  *
1436  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1437  * see if this freeing clears that state.
1438  *
1439  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1440  * pinned" detection logic.
1441  */
1442 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1443                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1444 {
1445         int pindex = 0;
1446         int batch_free = 0;
1447         int nr_freed = 0;
1448         unsigned int order;
1449         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1450         bool isolated_pageblocks;
1451         struct page *page, *tmp;
1452         LIST_HEAD(head);
1453
1454         /*
1455          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1456          * below while (list_empty(list)) loop.
1457          */
1458         count = min(pcp->count, count);
1459         while (count > 0) {
1460                 struct list_head *list;
1461
1462                 /*
1463                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1464                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1465                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1466                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1467                  * lists
1468                  */
1469                 do {
1470                         batch_free++;
1471                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1472                                 pindex = 0;
1473                         list = &pcp->lists[pindex];
1474                 } while (list_empty(list));
1475
1476                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1477                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1478                         batch_free = count;
1479
1480                 order = pindex_to_order(pindex);
1481                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1482                 do {
1483                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1484                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1485                         list_del(&page->lru);
1486                         nr_freed += 1 << order;
1487                         count -= 1 << order;
1488
1489                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1490                                 continue;
1491
1492                         /* Encode order with the migratetype */
1493                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1494                         page->index |= order;
1495
1496                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1497
1498                         /*
1499                          * We are going to put the page back to the global
1500                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1501                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1502                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1503                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1504                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1505                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1506                          */
1507                         if (prefetch_nr) {
1508                                 prefetch_buddy(page);
1509                                 prefetch_nr--;
1510                         }
1511                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1512         }
1513         pcp->count -= nr_freed;
1514
1515         /*
1516          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1517          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1518          */
1519         spin_lock(&zone->lock);
1520         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1521
1522         /*
1523          * Use safe version since after __free_one_page(),
1524          * page->lru.next will not point to original list.
1525          */
1526         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1527                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1528
1529                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1530                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1531                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1532
1533                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1534                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1535                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1536                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1537                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1538
1539                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1540                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1541         }
1542         spin_unlock(&zone->lock);
1543 }
1544
1545 static void free_one_page(struct zone *zone,
1546                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1547                                 unsigned int order,
1548                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1549 {
1550         unsigned long flags;
1551
1552         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1553         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1554                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1555                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1556         }
1557         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1558         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1559 }
1560
1561 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1562                                 unsigned long zone, int nid)
1563 {
1564         mm_zero_struct_page(page);
1565         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1566         init_page_count(page);
1567         page_mapcount_reset(page);
1568         page_cpupid_reset_last(page);
1569         page_kasan_tag_reset(page);
1570
1571         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1572 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1573         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1574         if (!is_highmem_idx(zone))
1575                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1576 #endif
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1580 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1581 {
1582         pg_data_t *pgdat;
1583         int nid, zid;
1584
1585         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1586                 return;
1587
1588         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1589         pgdat = NODE_DATA(nid);
1590
1591         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1592                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1593
1594                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1595                         break;
1596         }
1597         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1598 }
1599 #else
1600 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1601 {
1602 }
1603 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1604
1605 /*
1606  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1607  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1608  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1609  * sent to the buddy page allocator.
1610  */
1611 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1612 {
1613         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1614         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1615
1616         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1617                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1618                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1619
1620                         init_reserved_page(start_pfn);
1621
1622                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1623                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1624
1625                         /*
1626                          * no need for atomic set_bit because the struct
1627                          * page is not visible yet so nobody should
1628                          * access it yet.
1629                          */
1630                         __SetPageReserved(page);
1631                 }
1632         }
1633 }
1634
1635 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1636                             fpi_t fpi_flags)
1637 {
1638         unsigned long flags;
1639         int migratetype;
1640         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1641         struct zone *zone = page_zone(page);
1642
1643         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1644                 return;
1645
1646         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1647
1648         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1649         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1650                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1651                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1652         }
1653         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1654         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1655
1656         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1657 }
1658
1659 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1660 {
1661         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1662         struct page *p = page;
1663         unsigned int loop;
1664
1665         /*
1666          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1667          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1668          * refcount of all involved pages to 0.
1669          */
1670         prefetchw(p);
1671         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1672                 prefetchw(p + 1);
1673                 __ClearPageReserved(p);
1674                 set_page_count(p, 0);
1675         }
1676         __ClearPageReserved(p);
1677         set_page_count(p, 0);
1678
1679         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1680
1681         /*
1682          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1683          * relevant for memory onlining.
1684          */
1685         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1686 }
1687
1688 #ifdef CONFIG_NUMA
1689
1690 /*
1691  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1692  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1693  * treats start/end as pfns.
1694  */
1695 struct mminit_pfnnid_cache {
1696         unsigned long last_start;
1697         unsigned long last_end;
1698         int last_nid;
1699 };
1700
1701 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1702
1703 /*
1704  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1705  */
1706 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1707                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1708 {
1709         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1710         int nid;
1711
1712         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1713                 return state->last_nid;
1714
1715         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1716         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1717                 state->last_start = start_pfn;
1718                 state->last_end = end_pfn;
1719                 state->last_nid = nid;
1720         }
1721
1722         return nid;
1723 }
1724
1725 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1726 {
1727         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1728         int nid;
1729
1730         spin_lock(&early_pfn_lock);
1731         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1732         if (nid < 0)
1733                 nid = first_online_node;
1734         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1735
1736         return nid;
1737 }
1738 #endif /* CONFIG_NUMA */
1739
1740 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1741                                                         unsigned int order)
1742 {
1743         if (early_page_uninitialised(pfn))
1744                 return;
1745         __free_pages_core(page, order);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1750  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1751  * with the migration of free compaction scanner.
1752  *
1753  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1754  *
1755  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1756  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1757  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1758  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1759  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1760  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1761  * page in a pageblock.
1762  */
1763 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1764                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1765 {
1766         struct page *start_page;
1767         struct page *end_page;
1768
1769         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1770         end_pfn--;
1771
1772         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1773                 return NULL;
1774
1775         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1776         if (!start_page)
1777                 return NULL;
1778
1779         if (page_zone(start_page) != zone)
1780                 return NULL;
1781
1782         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1783
1784         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1785         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1786                 return NULL;
1787
1788         return start_page;
1789 }
1790
1791 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1792 {
1793         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1794         unsigned long block_end_pfn;
1795
1796         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1797         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1798                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1799                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1800
1801                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1802
1803                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1804                                              block_end_pfn, zone))
1805                         return;
1806                 cond_resched();
1807         }
1808
1809         /* We confirm that there is no hole */
1810         zone->contiguous = true;
1811 }
1812
1813 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1814 {
1815         zone->contiguous = false;
1816 }
1817
1818 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1819 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1820                                        unsigned long nr_pages)
1821 {
1822         struct page *page;
1823         unsigned long i;
1824
1825         if (!nr_pages)
1826                 return;
1827
1828         page = pfn_to_page(pfn);
1829
1830         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1831         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1832             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1833                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1834                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1835                 return;
1836         }
1837
1838         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1839                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1840                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1841                 __free_pages_core(page, 0);
1842         }
1843 }
1844
1845 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1846 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1847 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1848
1849 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1850 {
1851         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1852                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1857  *
1858  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1859  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1860  * function is optimized out.
1861  *
1862  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1863  * of the head pfn.
1864  */
1865 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1866 {
1867         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1868                 return false;
1869         return true;
1870 }
1871
1872 /*
1873  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1874  * pageblock_nr_pages sizes.
1875  */
1876 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1877                                        unsigned long end_pfn)
1878 {
1879         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1880         unsigned long nr_free = 0;
1881
1882         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1883                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1884                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1885                         nr_free = 0;
1886                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1887                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1888                         nr_free = 1;
1889                 } else {
1890                         nr_free++;
1891                 }
1892         }
1893         /* Free the last block of pages to allocator */
1894         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1895 }
1896
1897 /*
1898  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1899  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1900  * Return number of pages initialized.
1901  */
1902 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1903                                                  unsigned long pfn,
1904                                                  unsigned long end_pfn)
1905 {
1906         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1907         int nid = zone_to_nid(zone);
1908         unsigned long nr_pages = 0;
1909         int zid = zone_idx(zone);
1910         struct page *page = NULL;
1911
1912         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1913                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1914                         page = NULL;
1915                         continue;
1916                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1917                         page = pfn_to_page(pfn);
1918                 } else {
1919                         page++;
1920                 }
1921                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1922                 nr_pages++;
1923         }
1924         return (nr_pages);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1929  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1930  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1931  * return false indicating there are no valid ranges left.
1932  */
1933 static bool __init
1934 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1935                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1936                                     unsigned long first_init_pfn)
1937 {
1938         u64 j;
1939
1940         /*
1941          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1942          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1943          * so we just need to flush them out of the system.
1944          */
1945         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1946                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1947                         continue;
1948                 if (*spfn < first_init_pfn)
1949                         *spfn = first_init_pfn;
1950                 *i = j;
1951                 return true;
1952         }
1953
1954         return false;
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1959  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1960  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1961  * page in __free_one_page()).
1962  *
1963  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1964  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1965  * any issues with the buddy page computation.
1966  */
1967 static unsigned long __init
1968 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1969                        unsigned long *end_pfn)
1970 {
1971         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1972         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1973         unsigned long nr_pages = 0;
1974         u64 j = *i;
1975
1976         /* First we loop through and initialize the page values */
1977         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1978                 unsigned long t;
1979
1980                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1981                         break;
1982
1983                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1984                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1985
1986                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1987                         *start_pfn = mo_pfn;
1988                         break;
1989                 }
1990         }
1991
1992         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1993         swap(j, *i);
1994
1995         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1996                 unsigned long t;
1997
1998                 if (mo_pfn <= spfn)
1999                         break;
2000
2001                 t = min(mo_pfn, epfn);
2002                 deferred_free_pages(spfn, t);
2003
2004                 if (mo_pfn <= epfn)
2005                         break;
2006         }
2007
2008         return nr_pages;
2009 }
2010
2011 static void __init
2012 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2013                            void *arg)
2014 {
2015         unsigned long spfn, epfn;
2016         struct zone *zone = arg;
2017         u64 i;
2018
2019         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2020
2021         /*
2022          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2023          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2024          */
2025         while (spfn < end_pfn) {
2026                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2027                 cond_resched();
2028         }
2029 }
2030
2031 /* An arch may override for more concurrency. */
2032 __weak int __init
2033 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2034 {
2035         return 1;
2036 }
2037
2038 /* Initialise remaining memory on a node */
2039 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2040 {
2041         pg_data_t *pgdat = data;
2042         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2043         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2044         unsigned long first_init_pfn, flags;
2045         unsigned long start = jiffies;
2046         struct zone *zone;
2047         int zid, max_threads;
2048         u64 i;
2049
2050         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2051         if (!cpumask_empty(cpumask))
2052                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2053
2054         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2055         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2056         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2057                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2058                 pgdat_init_report_one_done();
2059                 return 0;
2060         }
2061
2062         /* Sanity check boundaries */
2063         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2064         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2065         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2066
2067         /*
2068          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2069          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2070          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2071          */
2072         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2073
2074         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2075         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2076                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2077                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2078                         break;
2079         }
2080
2081         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2082         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2083                                                  first_init_pfn))
2084                 goto zone_empty;
2085
2086         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2087
2088         while (spfn < epfn) {
2089                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2090                 struct padata_mt_job job = {
2091                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2092                         .fn_arg      = zone,
2093                         .start       = spfn,
2094                         .size        = epfn_align - spfn,
2095                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2096                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2097                         .max_threads = max_threads,
2098                 };
2099
2100                 padata_do_multithreaded(&job);
2101                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2102                                                     epfn_align);
2103         }
2104 zone_empty:
2105         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2106         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2107
2108         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2109                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2110
2111         pgdat_init_report_one_done();
2112         return 0;
2113 }
2114
2115 /*
2116  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2117  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2118  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2119  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2120  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2121  *
2122  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2123  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2124  * enough pages to satisfy the allocation.
2125  *
2126  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2127  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2128  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2129  */
2130 static noinline bool __init
2131 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2132 {
2133         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2134         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2135         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2136         unsigned long spfn, epfn, flags;
2137         unsigned long nr_pages = 0;
2138         u64 i;
2139
2140         /* Only the last zone may have deferred pages */
2141         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2142                 return false;
2143
2144         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2145
2146         /*
2147          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2148          * true, as there might be enough pages already.
2149          */
2150         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2151                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2152                 return true;
2153         }
2154
2155         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2156         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2157                                                  first_deferred_pfn)) {
2158                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2159                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2160                 /* Retry only once. */
2161                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2162         }
2163
2164         /*
2165          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2166          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2167          * allocator.
2168          */
2169         while (spfn < epfn) {
2170                 /* update our first deferred PFN for this section */
2171                 first_deferred_pfn = spfn;
2172
2173                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2174                 touch_nmi_watchdog();
2175
2176                 /* We should only stop along section boundaries */
2177                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2178                         continue;
2179
2180                 /* If our quota has been met we can stop here */
2181                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2182                         break;
2183         }
2184
2185         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2186         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2187
2188         return nr_pages > 0;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2193  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2194  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2195  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2196  */
2197 static bool __ref
2198 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2199 {
2200         return deferred_grow_zone(zone, order);
2201 }
2202
2203 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2204
2205 void __init page_alloc_init_late(void)
2206 {
2207         struct zone *zone;
2208         int nid;
2209
2210 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2211
2212         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2213         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2214         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2215                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2216         }
2217
2218         /* Block until all are initialised */
2219         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2220
2221         /*
2222          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2223          * on-demand struct page initialization.
2224          */
2225         static_branch_disable(&deferred_pages);
2226
2227         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2228         files_maxfiles_init();
2229 #endif
2230
2231         buffer_init();
2232
2233         /* Discard memblock private memory */
2234         memblock_discard();
2235
2236         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2237                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2238
2239         for_each_populated_zone(zone)
2240                 set_zone_contiguous(zone);
2241 }
2242
2243 #ifdef CONFIG_CMA
2244 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2245 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2246 {
2247         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2248         struct page *p = page;
2249
2250         do {
2251                 __ClearPageReserved(p);
2252                 set_page_count(p, 0);
2253         } while (++p, --i);
2254
2255         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2256
2257         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2258                 i = pageblock_nr_pages;
2259                 p = page;
2260                 do {
2261                         set_page_refcounted(p);
2262                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2263                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2264                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2265         } else {
2266                 set_page_refcounted(page);
2267                 __free_pages(page, pageblock_order);
2268         }
2269
2270         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2271         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2272 }
2273 #endif
2274
2275 /*
2276  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2277  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2278  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2279  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2280  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2281  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2282  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2283  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2284  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2285  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2286  *
2287  * -- nyc
2288  */
2289 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2290         int low, int high, int migratetype)
2291 {
2292         unsigned long size = 1 << high;
2293
2294         while (high > low) {
2295                 high--;
2296                 size >>= 1;
2297                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2298
2299                 /*
2300                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2301                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2302                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2303                  * pages will stay not present in virtual address space
2304                  */
2305                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2306                         continue;
2307
2308                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2309                 set_buddy_order(&page[size], high);
2310         }
2311 }
2312
2313 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2314 {
2315         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2316                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2317                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2318                 return;
2319         }
2320
2321         bad_page(page,
2322                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2323 }
2324
2325 /*
2326  * This page is about to be returned from the page allocator
2327  */
2328 static inline int check_new_page(struct page *page)
2329 {
2330         if (likely(page_expected_state(page,
2331                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2332                 return 0;
2333
2334         check_new_page_bad(page);
2335         return 1;
2336 }
2337
2338 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2339 /*
2340  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2341  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2342  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2343  */
2344 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2345 {
2346         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2347                 return check_new_page(page);
2348         else
2349                 return false;
2350 }
2351
2352 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2353 {
2354         return check_new_page(page);
2355 }
2356 #else
2357 /*
2358  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2359  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2360  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2361  */
2362 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2363 {
2364         return check_new_page(page);
2365 }
2366 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2367 {
2368         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2369                 return check_new_page(page);
2370         else
2371                 return false;
2372 }
2373 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2374
2375 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2376 {
2377         int i;
2378         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2379                 struct page *p = page + i;
2380
2381                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2382                         return true;
2383         }
2384
2385         return false;
2386 }
2387
2388 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2389                                 gfp_t gfp_flags)
2390 {
2391         set_page_private(page, 0);
2392         set_page_refcounted(page);
2393
2394         arch_alloc_page(page, order);
2395         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2396
2397         /*
2398          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2399          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2400          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2401          */
2402         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2403
2404         /*
2405          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2406          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2407          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2408          */
2409         if (kasan_has_integrated_init()) {
2410                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2411         } else {
2412                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2413
2414                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2415                 if (init)
2416                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2417                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2418         }
2419
2420         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2421 }
2422
2423 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2424                                                         unsigned int alloc_flags)
2425 {
2426         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2427
2428         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2429                 prep_compound_page(page, order);
2430
2431         /*
2432          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2433          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2434          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2435          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2436          */
2437         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2438                 set_page_pfmemalloc(page);
2439         else
2440                 clear_page_pfmemalloc(page);
2441 }
2442
2443 /*
2444  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2445  * the smallest available page from the freelists
2446  */
2447 static __always_inline
2448 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2449                                                 int migratetype)
2450 {
2451         unsigned int current_order;
2452         struct free_area *area;
2453         struct page *page;
2454
2455         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2456         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2457                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2458                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2459                 if (!page)
2460                         continue;
2461                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2462                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2463                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2464                 return page;
2465         }
2466
2467         return NULL;
2468 }
2469
2470
2471 /*
2472  * This array describes the order lists are fallen back to when
2473  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2474  */
2475 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2476         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2477         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2478         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2479 #ifdef CONFIG_CMA
2480         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2481 #endif
2482 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2483         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2484 #endif
2485 };
2486
2487 #ifdef CONFIG_CMA
2488 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2489                                         unsigned int order)
2490 {
2491         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2492 }
2493 #else
2494 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2495                                         unsigned int order) { return NULL; }
2496 #endif
2497
2498 /*
2499  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2500  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2501  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2502  */
2503 static int move_freepages(struct zone *zone,
2504                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2505                           int migratetype, int *num_movable)
2506 {
2507         struct page *page;
2508         unsigned long pfn;
2509         unsigned int order;
2510         int pages_moved = 0;
2511
2512         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2513                 page = pfn_to_page(pfn);
2514                 if (!PageBuddy(page)) {
2515                         /*
2516                          * We assume that pages that could be isolated for
2517                          * migration are movable. But we don't actually try
2518                          * isolating, as that would be expensive.
2519                          */
2520                         if (num_movable &&
2521                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2522                                 (*num_movable)++;
2523                         pfn++;
2524                         continue;
2525                 }
2526
2527                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2528                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2529                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2530
2531                 order = buddy_order(page);
2532                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2533                 pfn += 1 << order;
2534                 pages_moved += 1 << order;
2535         }
2536
2537         return pages_moved;
2538 }
2539
2540 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2541                                 int migratetype, int *num_movable)
2542 {
2543         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2544
2545         if (num_movable)
2546                 *num_movable = 0;
2547
2548         pfn = page_to_pfn(page);
2549         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2550         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2551
2552         /* Do not cross zone boundaries */
2553         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2554                 start_pfn = pfn;
2555         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2556                 return 0;
2557
2558         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2559                                                                 num_movable);
2560 }
2561
2562 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2563                                         int start_order, int migratetype)
2564 {
2565         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2566
2567         while (nr_pageblocks--) {
2568                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2569                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2570         }
2571 }
2572
2573 /*
2574  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2575  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2576  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2577  *
2578  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2579  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2580  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2581  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2582  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2583  * pageblocks.
2584  */
2585 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2586 {
2587         /*
2588          * Leaving this order check is intended, although there is
2589          * relaxed order check in next check. The reason is that
2590          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2591          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2592          * so could be changed anytime.
2593          */
2594         if (order >= pageblock_order)
2595                 return true;
2596
2597         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2598                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2599                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2600                 page_group_by_mobility_disabled)
2601                 return true;
2602
2603         return false;
2604 }
2605
2606 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2607 {
2608         unsigned long max_boost;
2609
2610         if (!watermark_boost_factor)
2611                 return false;
2612         /*
2613          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2614          * On small machines, including kdump capture kernels running
2615          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2616          * memory situation immediately.
2617          */
2618         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2619                 return false;
2620
2621         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2622                         watermark_boost_factor, 10000);
2623
2624         /*
2625          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2626          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2627          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2628          * allocations that early means that reclaim is not going
2629          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2630          * boosted watermark resulting in a hang.
2631          */
2632         if (!max_boost)
2633                 return false;
2634
2635         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2636
2637         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2638                 max_boost);
2639
2640         return true;
2641 }
2642
2643 /*
2644  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2645  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2646  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2647  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2648  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2649  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2650  */
2651 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2652                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2653 {
2654         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2655         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2656         int old_block_type;
2657
2658         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2659
2660         /*
2661          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2662          * highatomic accounting.
2663          */
2664         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2665                 goto single_page;
2666
2667         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2668         if (current_order >= pageblock_order) {
2669                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2670                 goto single_page;
2671         }
2672
2673         /*
2674          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2675          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2676          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2677          */
2678         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2679                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2680
2681         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2682         if (!whole_block)
2683                 goto single_page;
2684
2685         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2686                                                 &movable_pages);
2687         /*
2688          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2689          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2690          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2691          */
2692         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2693                 alike_pages = movable_pages;
2694         } else {
2695                 /*
2696                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2697                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2698                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2699                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2700                  * exact migratetype of non-movable pages.
2701                  */
2702                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2703                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2704                                                 - (free_pages + movable_pages);
2705                 else
2706                         alike_pages = 0;
2707         }
2708
2709         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2710         if (!free_pages)
2711                 goto single_page;
2712
2713         /*
2714          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2715          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2716          */
2717         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2718                         page_group_by_mobility_disabled)
2719                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2720
2721         return;
2722
2723 single_page:
2724         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2725 }
2726
2727 /*
2728  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2729  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2730  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2731  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2732  */
2733 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2734                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2735 {
2736         int i;
2737         int fallback_mt;
2738
2739         if (area->nr_free == 0)
2740                 return -1;
2741
2742         *can_steal = false;
2743         for (i = 0;; i++) {
2744                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2745                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2746                         break;
2747
2748                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2749                         continue;
2750
2751                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2752                         *can_steal = true;
2753
2754                 if (!only_stealable)
2755                         return fallback_mt;
2756
2757                 if (*can_steal)
2758                         return fallback_mt;
2759         }
2760
2761         return -1;
2762 }
2763
2764 /*
2765  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2766  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2767  */
2768 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2769                                 unsigned int alloc_order)
2770 {
2771         int mt;
2772         unsigned long max_managed, flags;
2773
2774         /*
2775          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2776          * Check is race-prone but harmless.
2777          */
2778         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2779         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2780                 return;
2781
2782         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2783
2784         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2785         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2786                 goto out_unlock;
2787
2788         /* Yoink! */
2789         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2790         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2791             && !is_migrate_cma(mt)) {
2792                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2793                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2794                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2795         }
2796
2797 out_unlock:
2798         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2799 }
2800
2801 /*
2802  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2803  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2804  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2805  * to recover from than an OOM.
2806  *
2807  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2808  * pageblock is exhausted.
2809  */
2810 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2811                                                 bool force)
2812 {
2813         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2814         unsigned long flags;
2815         struct zoneref *z;
2816         struct zone *zone;
2817         struct page *page;
2818         int order;
2819         bool ret;
2820
2821         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2822                                                                 ac->nodemask) {
2823                 /*
2824                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2825                  * is really high.
2826                  */
2827                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2828                                         pageblock_nr_pages)
2829                         continue;
2830
2831                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2832                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2833                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2834
2835                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2836                         if (!page)
2837                                 continue;
2838
2839                         /*
2840                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2841                          * we can counter several free pages in a pageblock
2842                          * in this loop although we changed the pageblock type
2843                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2844                          * adjust the count once.
2845                          */
2846                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2847                                 /*
2848                                  * It should never happen but changes to
2849                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2850                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2851                                  * while unreserving so be safe and watch for
2852                                  * underflows.
2853                                  */
2854                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2855                                                 pageblock_nr_pages,
2856                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2857                         }
2858
2859                         /*
2860                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2861                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2862                          * is doing the work and needs the pages. More
2863                          * importantly, if the block was always converted to
2864                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2865                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2866                          * may increase.
2867                          */
2868                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2869                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2870                                                                         NULL);
2871                         if (ret) {
2872                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2873                                 return ret;
2874                         }
2875                 }
2876                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2877         }
2878
2879         return false;
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2884  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2885  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2886  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2887  *
2888  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2889  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2890  * condition simpler.
2891  */
2892 static __always_inline bool
2893 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2894                                                 unsigned int alloc_flags)
2895 {
2896         struct free_area *area;
2897         int current_order;
2898         int min_order = order;
2899         struct page *page;
2900         int fallback_mt;
2901         bool can_steal;
2902
2903         /*
2904          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2905          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2906          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2907          */
2908         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2909                 min_order = pageblock_order;
2910
2911         /*
2912          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2913          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2914          * would be too costly to do exactly.
2915          */
2916         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2917                                 --current_order) {
2918                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2919                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2920                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2921                 if (fallback_mt == -1)
2922                         continue;
2923
2924                 /*
2925                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2926                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2927                  * steal and split the smallest available page instead of the
2928                  * largest available page, because even if the next movable
2929                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2930                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2931                  */
2932                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2933                                         && current_order > order)
2934                         goto find_smallest;
2935
2936                 goto do_steal;
2937         }
2938
2939         return false;
2940
2941 find_smallest:
2942         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2943                                                         current_order++) {
2944                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2945                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2946                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2947                 if (fallback_mt != -1)
2948                         break;
2949         }
2950
2951         /*
2952          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2953          * when looking for the largest page.
2954          */
2955         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2956
2957 do_steal:
2958         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2959
2960         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2961                                                                 can_steal);
2962
2963         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2964                 start_migratetype, fallback_mt);
2965
2966         return true;
2967
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2972  * Call me with the zone->lock already held.
2973  */
2974 static __always_inline struct page *
2975 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2976                                                 unsigned int alloc_flags)
2977 {
2978         struct page *page;
2979
2980         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2981                 /*
2982                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2983                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2984                  * is in the CMA area.
2985                  */
2986                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2987                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2988                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2989                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2990                         if (page)
2991                                 goto out;
2992                 }
2993         }
2994 retry:
2995         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2996         if (unlikely(!page)) {
2997                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2998                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2999
3000                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3001                                                                 alloc_flags))
3002                         goto retry;
3003         }
3004 out:
3005         if (page)
3006                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3007         return page;
3008 }
3009
3010 /*
3011  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3012  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3013  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3014  */
3015 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3016                         unsigned long count, struct list_head *list,
3017                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3018 {
3019         int i, allocated = 0;
3020
3021         /*
3022          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3023          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3024          */
3025         spin_lock(&zone->lock);
3026         for (i = 0; i < count; ++i) {
3027                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3028                                                                 alloc_flags);
3029                 if (unlikely(page == NULL))
3030                         break;
3031
3032                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3033                         continue;
3034
3035                 /*
3036                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3037                  * physical page order. The page is added to the tail of
3038                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3039                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3040                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3041                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3042                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3043                  * pages are ordered properly.
3044                  */
3045                 list_add_tail(&page->lru, list);
3046                 allocated++;
3047                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3048                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3049                                               -(1 << order));
3050         }
3051
3052         /*
3053          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3054          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3055          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3056          * pages added to the pcp list.
3057          */
3058         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3059         spin_unlock(&zone->lock);
3060         return allocated;
3061 }
3062
3063 #ifdef CONFIG_NUMA
3064 /*
3065  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3066  * currently executing processor on remote nodes after they have
3067  * expired.
3068  *
3069  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3070  * a single processor.
3071  */
3072 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3073 {
3074         unsigned long flags;
3075         int to_drain, batch;
3076
3077         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3078         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3079         to_drain = min(pcp->count, batch);
3080         if (to_drain > 0)
3081                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3082         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3083 }
3084 #endif
3085
3086 /*
3087  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3088  *
3089  * The processor must either be the current processor and the
3090  * thread pinned to the current processor or a processor that
3091  * is not online.
3092  */
3093 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3094 {
3095         unsigned long flags;
3096         struct per_cpu_pages *pcp;
3097
3098         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3099
3100         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3101         if (pcp->count)
3102                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3103
3104         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3105 }
3106
3107 /*
3108  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3109  *
3110  * The processor must either be the current processor and the
3111  * thread pinned to the current processor or a processor that
3112  * is not online.
3113  */
3114 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3115 {
3116         struct zone *zone;
3117
3118         for_each_populated_zone(zone) {
3119                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3120         }
3121 }
3122
3123 /*
3124  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3125  *
3126  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3127  * the single zone's pages.
3128  */
3129 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3130 {
3131         int cpu = smp_processor_id();
3132
3133         if (zone)
3134                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3135         else
3136                 drain_pages(cpu);
3137 }
3138
3139 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3140 {
3141         struct pcpu_drain *drain;
3142
3143         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3144
3145         /*
3146          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3147          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3148          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3149          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3150          * a different one.
3151          */
3152         preempt_disable();
3153         drain_local_pages(drain->zone);
3154         preempt_enable();
3155 }
3156
3157 /*
3158  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3159  * drain on all cpus.
3160  *
3161  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3162  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3163  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3164  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3165  * optimizing racy check.
3166  */
3167 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3168 {
3169         int cpu;
3170
3171         /*
3172          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3173          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3174          */
3175         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3176
3177         /*
3178          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3179          * initialized.
3180          */
3181         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3182                 return;
3183
3184         /*
3185          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3186          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3187          * the drain to be complete when the call returns.
3188          */
3189         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3190                 if (!zone)
3191                         return;
3192                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3193         }
3194
3195         /*
3196          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3197          * as offline notification will cause the notified
3198          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3199          * disables preemption as part of its processing
3200          */
3201         for_each_online_cpu(cpu) {
3202                 struct per_cpu_pages *pcp;
3203                 struct zone *z;
3204                 bool has_pcps = false;
3205
3206                 if (force_all_cpus) {
3207                         /*
3208                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3209                          * guarantee that no cpu is missed.
3210                          */
3211                         has_pcps = true;
3212                 } else if (zone) {
3213                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3214                         if (pcp->count)
3215                                 has_pcps = true;
3216                 } else {
3217                         for_each_populated_zone(z) {
3218                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3219                                 if (pcp->count) {
3220                                         has_pcps = true;
3221                                         break;
3222                                 }
3223                         }
3224                 }
3225
3226                 if (has_pcps)
3227                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3228                 else
3229                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3230         }
3231
3232         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3233                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3234
3235                 drain->zone = zone;
3236                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3237                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3238         }
3239         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3240                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3241
3242         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3247  *
3248  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3249  *
3250  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3251  */
3252 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3253 {
3254         __drain_all_pages(zone, false);
3255 }
3256
3257 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3258
3259 /*
3260  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3261  */
3262 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3263
3264 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3265 {
3266         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3267         unsigned long flags;
3268         unsigned int order, t;
3269         struct page *page;
3270
3271         if (zone_is_empty(zone))
3272                 return;
3273
3274         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3275
3276         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3277         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3278                 if (pfn_valid(pfn)) {
3279                         page = pfn_to_page(pfn);
3280
3281                         if (!--page_count) {
3282                                 touch_nmi_watchdog();
3283                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3284                         }
3285
3286                         if (page_zone(page) != zone)
3287                                 continue;
3288
3289                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3290                                 swsusp_unset_page_free(page);
3291                 }
3292
3293         for_each_migratetype_order(order, t) {
3294                 list_for_each_entry(page,
3295                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3296                         unsigned long i;
3297
3298                         pfn = page_to_pfn(page);
3299                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3300                                 if (!--page_count) {
3301                                         touch_nmi_watchdog();
3302                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3303                                 }
3304                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3305                         }
3306                 }
3307         }
3308         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3309 }
3310 #endif /* CONFIG_PM */
3311
3312 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3313                                                         unsigned int order)
3314 {
3315         int migratetype;
3316
3317         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3318                 return false;
3319
3320         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3321         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3322         return true;
3323 }
3324
3325 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3326 {
3327         int min_nr_free, max_nr_free;
3328
3329         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3330         if (unlikely(high < batch))
3331                 return 1;
3332
3333         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3334         min_nr_free = batch;
3335         max_nr_free = high - batch;
3336
3337         /*
3338          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3339          * freeing of pages without any allocation.
3340          */
3341         batch <<= pcp->free_factor;
3342         if (batch < max_nr_free)
3343                 pcp->free_factor++;
3344         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3345
3346         return batch;
3347 }
3348
3349 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3350 {
3351         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3352
3353         if (unlikely(!high))
3354                 return 0;
3355
3356         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3357                 return high;
3358
3359         /*
3360          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3361          * stored on pcp lists
3362          */
3363         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3364 }
3365
3366 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3367                                    int migratetype, unsigned int order)
3368 {
3369         struct zone *zone = page_zone(page);
3370         struct per_cpu_pages *pcp;
3371         int high;
3372         int pindex;
3373
3374         __count_vm_event(PGFREE);
3375         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3376         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3377         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3378         pcp->count += 1 << order;
3379         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3380         if (pcp->count >= high) {
3381                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3382
3383                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3384         }
3385 }
3386
3387 /*
3388  * Free a pcp page
3389  */
3390 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3391 {
3392         unsigned long flags;
3393         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3394         int migratetype;
3395
3396         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3397                 return;
3398
3399         /*
3400          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3401          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3402          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3403          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3404          * excessively into the page allocator
3405          */
3406         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3407         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3408                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3409                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3410                         return;
3411                 }
3412                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3413         }
3414
3415         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3416         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3417         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3418 }
3419
3420 /*
3421  * Free a list of 0-order pages
3422  */
3423 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3424 {
3425         struct page *page, *next;
3426         unsigned long flags, pfn;
3427         int batch_count = 0;
3428         int migratetype;
3429
3430         /* Prepare pages for freeing */
3431         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3432                 pfn = page_to_pfn(page);
3433                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3434                         list_del(&page->lru);
3435                         continue;
3436                 }
3437
3438                 /*
3439                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3440                  * comment in free_unref_page.
3441                  */
3442                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3443                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3444                         list_del(&page->lru);
3445                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3446                         continue;
3447                 }
3448
3449                 set_page_private(page, pfn);
3450         }
3451
3452         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3453         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3454                 pfn = page_private(page);
3455                 set_page_private(page, 0);
3456
3457                 /*
3458                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3459                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3460                  */
3461                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3462                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3463                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3464
3465                 trace_mm_page_free_batched(page);
3466                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3467
3468                 /*
3469                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3470                  * a large list of pages to free.
3471                  */
3472                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3473                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3474                         batch_count = 0;
3475                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3476                 }
3477         }
3478         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3479 }
3480
3481 /*
3482  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3483  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3484  * Each sub-page must be freed individually.
3485  *
3486  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3487  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3488  */
3489 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3490 {
3491         int i;
3492
3493         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3494         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3495
3496         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3497                 set_page_refcounted(page + i);
3498         split_page_owner(page, 1 << order);
3499         split_page_memcg(page, 1 << order);
3500 }
3501 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3502
3503 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3504 {
3505         unsigned long watermark;
3506         struct zone *zone;
3507         int mt;
3508
3509         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3510
3511         zone = page_zone(page);
3512         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3513
3514         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3515                 /*
3516                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3517                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3518                  * watermark, because we already know our high-order page
3519                  * exists.
3520                  */
3521                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3522                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3523                         return 0;
3524
3525                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3526         }
3527
3528         /* Remove page from free list */
3529
3530         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3531
3532         /*
3533          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3534          * pageblock
3535          */
3536         if (order >= pageblock_order - 1) {
3537                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3538                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3539                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3540                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3541                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3542                                 set_pageblock_migratetype(page,
3543                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3544                 }
3545         }
3546
3547
3548         return 1UL << order;
3549 }
3550
3551 /**
3552  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3553  * @page: Page that was isolated
3554  * @order: Order of the isolated page
3555  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3556  *
3557  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3558  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3559  */
3560 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3561 {
3562         struct zone *zone = page_zone(page);
3563
3564         /* zone lock should be held when this function is called */
3565         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3566
3567         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3568         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3569                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3570 }
3571
3572 /*
3573  * Update NUMA hit/miss statistics
3574  *
3575  * Must be called with interrupts disabled.
3576  */
3577 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3578                                    long nr_account)
3579 {
3580 #ifdef CONFIG_NUMA
3581         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3582
3583         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3584         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3585                 return;
3586
3587         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3588                 local_stat = NUMA_OTHER;
3589
3590         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3591                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3592         else {
3593                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3594                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3595         }
3596         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3597 #endif
3598 }
3599
3600 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3601 static inline
3602 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3603                         int migratetype,
3604                         unsigned int alloc_flags,
3605                         struct per_cpu_pages *pcp,
3606                         struct list_head *list)
3607 {
3608         struct page *page;
3609
3610         do {
3611                 if (list_empty(list)) {
3612                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3613                         int alloced;
3614
3615                         /*
3616                          * Scale batch relative to order if batch implies
3617                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3618                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3619                          * should never store free pages as the pages may
3620                          * belong to arbitrary zones.
3621                          */
3622                         if (batch > 1)
3623                                 batch = max(batch >> order, 2);
3624                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3625                                         batch, list,
3626                                         migratetype, alloc_flags);
3627
3628                         pcp->count += alloced << order;
3629                         if (unlikely(list_empty(list)))
3630                                 return NULL;
3631                 }
3632
3633                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3634                 list_del(&page->lru);
3635                 pcp->count -= 1 << order;
3636         } while (check_new_pcp(page));
3637
3638         return page;
3639 }
3640
3641 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3642 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3643                         struct zone *zone, unsigned int order,
3644                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3645                         unsigned int alloc_flags)
3646 {
3647         struct per_cpu_pages *pcp;
3648         struct list_head *list;
3649         struct page *page;
3650         unsigned long flags;
3651
3652         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3653
3654         /*
3655          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3656          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3657          * frees.
3658          */
3659         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3660         pcp->free_factor >>= 1;
3661         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3662         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3663         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3664         if (page) {
3665                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3666                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3667         }
3668         return page;
3669 }
3670
3671 /*
3672  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3673  */
3674 static inline
3675 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3676                         struct zone *zone, unsigned int order,
3677                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3678                         int migratetype)
3679 {
3680         unsigned long flags;
3681         struct page *page;
3682
3683         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3684                 /*
3685                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3686                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3687                  */
3688                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3689                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3690                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3691                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3692                         goto out;
3693                 }
3694         }
3695
3696         /*
3697          * We most definitely don't want callers attempting to
3698          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3699          */
3700         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3701         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3702
3703         do {
3704                 page = NULL;
3705                 /*
3706                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3707                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3708                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3709                  * request should skip it.
3710                  */
3711                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3712                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3713                         if (page)
3714                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3715                 }
3716                 if (!page)
3717                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3718         } while (page && check_new_pages(page, order));
3719         if (!page)
3720                 goto failed;
3721
3722         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3723                                   get_pcppage_migratetype(page));
3724         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3725
3726         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3727         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3728
3729 out:
3730         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3731         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3732                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3733                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3734         }
3735
3736         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3737         return page;
3738
3739 failed:
3740         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3741         return NULL;
3742 }
3743
3744 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3745
3746 static struct {
3747         struct fault_attr attr;
3748
3749         bool ignore_gfp_highmem;
3750         bool ignore_gfp_reclaim;
3751         u32 min_order;
3752 } fail_page_alloc = {
3753         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3754         .ignore_gfp_reclaim = true,
3755         .ignore_gfp_highmem = true,
3756         .min_order = 1,
3757 };
3758
3759 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3760 {
3761         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3762 }
3763 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3764
3765 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3766 {
3767         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3768                 return false;
3769         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3770                 return false;
3771         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3772                 return false;
3773         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3774                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3775                 return false;
3776
3777         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3778 }
3779
3780 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3781
3782 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3783 {
3784         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3785         struct dentry *dir;
3786
3787         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3788                                         &fail_page_alloc.attr);
3789
3790         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3791                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3792         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3793                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3794         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3795
3796         return 0;
3797 }
3798
3799 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3800
3801 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3802
3803 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3804
3805 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3806 {
3807         return false;
3808 }
3809
3810 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3811
3812 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3813 {
3814         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3815 }
3816 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3817
3818 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3819                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3820 {
3821         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3822         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3823
3824         /*
3825          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3826          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3827          * atomic reserve but it avoids a search.
3828          */
3829         if (likely(!alloc_harder))
3830                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3831
3832 #ifdef CONFIG_CMA
3833         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3834         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3835                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3836 #endif
3837
3838         return unusable_free;
3839 }
3840
3841 /*
3842  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3843  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3844  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3845  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3846  */
3847 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3848                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3849                          long free_pages)
3850 {
3851         long min = mark;
3852         int o;
3853         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3854
3855         /* free_pages may go negative - that's OK */
3856         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3857
3858         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3859                 min -= min / 2;
3860
3861         if (unlikely(alloc_harder)) {
3862                 /*
3863                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3864                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3865                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3866                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3867                  */
3868                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3869                         min -= min / 2;
3870                 else
3871                         min -= min / 4;
3872         }
3873
3874         /*
3875          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3876          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3877          * even if a suitable page happened to be free.
3878          */
3879         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3880                 return false;
3881
3882         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3883         if (!order)
3884                 return true;
3885
3886         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3887         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3888                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3889                 int mt;
3890
3891                 if (!area->nr_free)
3892                         continue;
3893
3894                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3895                         if (!free_area_empty(area, mt))
3896                                 return true;
3897                 }
3898
3899 #ifdef CONFIG_CMA
3900                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3901                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3902                         return true;
3903                 }
3904 #endif
3905                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3906                         return true;
3907         }
3908         return false;
3909 }
3910
3911 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3912                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3913 {
3914         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3915                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3916 }
3917
3918 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3919                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3920                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3921 {
3922         long free_pages;
3923
3924         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3925
3926         /*
3927          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3928          * need to be calculated.
3929          */
3930         if (!order) {
3931                 long fast_free;
3932
3933                 fast_free = free_pages;
3934                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3935                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3936                         return true;
3937         }
3938
3939         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3940                                         free_pages))
3941                 return true;
3942         /*
3943          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3944          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3945          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3946          * when below the low watermark.
3947          */
3948         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3949                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3950                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3951                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3952                                         alloc_flags, free_pages);
3953         }
3954
3955         return false;
3956 }
3957
3958 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3959                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3960 {
3961         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3962
3963         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3964                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3965
3966         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3967                                                                 free_pages);
3968 }
3969
3970 #ifdef CONFIG_NUMA
3971 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3972 {
3973         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3974                                 node_reclaim_distance;
3975 }
3976 #else   /* CONFIG_NUMA */
3977 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3978 {
3979         return true;
3980 }
3981 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3982
3983 /*
3984  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3985  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3986  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3987  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3988  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3989  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3990  */
3991 static inline unsigned int
3992 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3993 {
3994         unsigned int alloc_flags;
3995
3996         /*
3997          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3998          * to save a branch.
3999          */
4000         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4001
4002 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4003         if (!zone)
4004                 return alloc_flags;
4005
4006         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4007                 return alloc_flags;
4008
4009         /*
4010          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4011          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4012          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4013          */
4014         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4015         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4016                 return alloc_flags;
4017
4018         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4019 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4020         return alloc_flags;
4021 }
4022
4023 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4024 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4025                                                   unsigned int alloc_flags)
4026 {
4027 #ifdef CONFIG_CMA
4028         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4029                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4030 #endif
4031         return alloc_flags;
4032 }
4033
4034 /*
4035  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4036  * a page.
4037  */
4038 static struct page *
4039 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4040                                                 const struct alloc_context *ac)
4041 {
4042         struct zoneref *z;
4043         struct zone *zone;
4044         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4045         bool no_fallback;
4046
4047 retry:
4048         /*
4049          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4050          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4051          */
4052         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4053         z = ac->preferred_zoneref;
4054         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4055                                         ac->nodemask) {
4056                 struct page *page;
4057                 unsigned long mark;
4058
4059                 if (cpusets_enabled() &&
4060                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4061                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4062                                 continue;
4063                 /*
4064                  * When allocating a page cache page for writing, we
4065                  * want to get it from a node that is within its dirty
4066                  * limit, such that no single node holds more than its
4067                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4068                  * The dirty limits take into account the node's
4069                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4070                  * should be able to balance it without having to
4071                  * write pages from its LRU list.
4072                  *
4073                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4074                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4075                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4076                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4077                  * nodes are together not big enough to reach the
4078                  * global limit.  The proper fix for these situations
4079                  * will require awareness of nodes in the
4080                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4081                  */
4082                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4083                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4084                                 continue;
4085
4086                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4087                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4088                                 continue;
4089                         }
4090                 }
4091
4092                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4093                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4094                         int local_nid;
4095
4096                         /*
4097                          * If moving to a remote node, retry but allow
4098                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4099                          * than fragmentation avoidance.
4100                          */
4101                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4102                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4103                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4104                                 goto retry;
4105                         }
4106                 }
4107
4108                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4109                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4110                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4111                                        gfp_mask)) {
4112                         int ret;
4113
4114 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4115                         /*
4116                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4117                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4118                          */
4119                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4120                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4121                                         goto try_this_zone;
4122                         }
4123 #endif
4124                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4125                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4126                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4127                                 goto try_this_zone;
4128
4129                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4130                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4131                                 continue;
4132
4133                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4134                         switch (ret) {
4135                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4136                                 /* did not scan */
4137                                 continue;
4138                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4139                                 /* scanned but unreclaimable */
4140                                 continue;
4141                         default:
4142                                 /* did we reclaim enough */
4143                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4144                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4145                                         goto try_this_zone;
4146
4147                                 continue;
4148                         }
4149                 }
4150
4151 try_this_zone:
4152                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4153                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4154                 if (page) {
4155                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4156
4157                         /*
4158                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4159                          * if the pageblock should be reserved for the future
4160                          */
4161                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4162                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4163
4164                         return page;
4165                 } else {
4166 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4167                         /* Try again if zone has deferred pages */
4168                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4169                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4170                                         goto try_this_zone;
4171                         }
4172 #endif
4173                 }
4174         }
4175
4176         /*
4177          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4178          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4179          */
4180         if (no_fallback) {
4181                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4182                 goto retry;
4183         }
4184
4185         return NULL;
4186 }
4187
4188 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4189 {
4190         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4191
4192         /*
4193          * This documents exceptions given to allocations in certain
4194          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4195          * of allowed nodes.
4196          */
4197         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4198                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4199                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4200                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4201         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4202                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4203
4204         show_mem(filter, nodemask);
4205 }
4206
4207 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4208 {
4209         struct va_format vaf;
4210         va_list args;
4211         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4212
4213         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4214                 return;
4215
4216         va_start(args, fmt);
4217         vaf.fmt = fmt;
4218         vaf.va = &args;
4219         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4220                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4221                         nodemask_pr_args(nodemask));
4222         va_end(args);
4223
4224         cpuset_print_current_mems_allowed();
4225         pr_cont("\n");
4226         dump_stack();
4227         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4228 }
4229
4230 static inline struct page *
4231 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4232                               unsigned int alloc_flags,
4233                               const struct alloc_context *ac)
4234 {
4235         struct page *page;
4236
4237         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4238                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4239         /*
4240          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4241          * are depleted
4242          */
4243         if (!page)
4244                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4245                                 alloc_flags, ac);
4246
4247         return page;
4248 }
4249
4250 static inline struct page *
4251 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4252         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4253 {
4254         struct oom_control oc = {
4255                 .zonelist = ac->zonelist,
4256                 .nodemask = ac->nodemask,
4257                 .memcg = NULL,
4258                 .gfp_mask = gfp_mask,
4259                 .order = order,
4260         };
4261         struct page *page;
4262
4263         *did_some_progress = 0;
4264
4265         /*
4266          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4267          * making progress for us.
4268          */
4269         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4270                 *did_some_progress = 1;
4271                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4272                 return NULL;
4273         }
4274
4275         /*
4276          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4277          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4278          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4279          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4280          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4281          */
4282         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4283                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4284                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4285         if (page)
4286                 goto out;
4287
4288         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4289         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4290                 goto out;
4291         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4292         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4293                 goto out;
4294         /*
4295          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4296          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4297          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4298          * fallback than shooting a random task.
4299          *
4300          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4301          */
4302         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4303                 goto out;
4304         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4305         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4306                 goto out;
4307         if (pm_suspended_storage())
4308                 goto out;
4309         /*
4310          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4311          * other request to make a forward progress.
4312          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4313          * do much for this context but let's try it to at least get
4314          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4315          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4316          * failures more gracefully we should just bail out here.
4317          */
4318
4319         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4320         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4321                 *did_some_progress = 1;
4322
4323                 /*
4324                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4325                  * reserves
4326                  */
4327                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4328                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4329                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4330         }
4331 out:
4332         mutex_unlock(&oom_lock);
4333         return page;
4334 }
4335
4336 /*
4337  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4338  * killer is consider as the only way to move forward.
4339  */
4340 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4341
4342 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4343 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4344 static struct page *
4345 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4346                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4347                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4348 {
4349         struct page *page = NULL;
4350         unsigned long pflags;
4351         unsigned int noreclaim_flag;
4352
4353         if (!order)
4354                 return NULL;
4355
4356         psi_memstall_enter(&pflags);
4357         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4358
4359         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4360                                                                 prio, &page);
4361
4362         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4363         psi_memstall_leave(&pflags);
4364
4365         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4366                 return NULL;
4367         /*
4368          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4369          * count a compaction stall
4370          */
4371         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4372
4373         /* Prep a captured page if available */
4374         if (page)
4375                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4376
4377         /* Try get a page from the freelist if available */
4378         if (!page)
4379                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4380
4381         if (page) {
4382                 struct zone *zone = page_zone(page);
4383
4384                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4385                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4386                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4387                 return page;
4388         }
4389
4390         /*
4391          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4392          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4393          */
4394         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4395
4396         cond_resched();
4397
4398         return NULL;
4399 }
4400
4401 static inline bool
4402 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4403                      enum compact_result compact_result,
4404                      enum compact_priority *compact_priority,
4405                      int *compaction_retries)
4406 {
4407         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4408         int min_priority;
4409         bool ret = false;
4410         int retries = *compaction_retries;
4411         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4412
4413         if (!order)
4414                 return false;
4415
4416         if (fatal_signal_pending(current))
4417                 return false;
4418
4419         if (compaction_made_progress(compact_result))
4420                 (*compaction_retries)++;
4421
4422         /*
4423          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4424          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4425          * failure could be caused by insufficient priority
4426          */
4427         if (compaction_failed(compact_result))
4428                 goto check_priority;
4429
4430         /*
4431          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4432          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4433          */
4434         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4435                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4436                 goto out;
4437         }
4438
4439         /*
4440          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4441          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4442          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4443          * we don't just keep bailing out endlessly.
4444          */
4445         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4446                 goto check_priority;
4447         }
4448
4449         /*
4450          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4451          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4452          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4453          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4454          * would need much more detailed feedback from compaction to
4455          * make a better decision.
4456          */
4457         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4458                 max_retries /= 4;
4459         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4460                 ret = true;
4461                 goto out;
4462         }
4463
4464         /*
4465          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4466          * all retries or failed at the lower priorities.
4467          */
4468 check_priority:
4469         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4470                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4471
4472         if (*compact_priority > min_priority) {
4473                 (*compact_priority)--;
4474                 *compaction_retries = 0;
4475                 ret = true;
4476         }
4477 out:
4478         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4479         return ret;
4480 }
4481 #else
4482 static inline struct page *
4483 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4484                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4485                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4486 {
4487         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4488         return NULL;
4489 }
4490
4491 static inline bool
4492 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4493                      enum compact_result compact_result,
4494                      enum compact_priority *compact_priority,
4495                      int *compaction_retries)
4496 {
4497         struct zone *zone;
4498         struct zoneref *z;
4499
4500         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4501                 return false;
4502
4503         /*
4504          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4505          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4506          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4507          * watermarks are OK.
4508          */
4509         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4510                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4511                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4512                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4513                         return true;
4514         }
4515         return false;
4516 }
4517 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4518
4519 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4520 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4521         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4522
4523 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4524 {
4525         /* no reclaim without waiting on it */
4526         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4527                 return false;
4528
4529         /* this guy won't enter reclaim */
4530         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4531                 return false;
4532
4533         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4534                 return false;
4535
4536         return true;
4537 }
4538
4539 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4540 {
4541         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4542 }
4543
4544 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4545 {
4546         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4547 }
4548
4549 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4550 {
4551         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4552
4553         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4554                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4555                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4556
4557 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4558                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4559                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4560 #endif
4561
4562         }
4563 }
4564 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4565
4566 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4567 {
4568         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4569
4570         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4571                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4572                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4573         }
4574 }
4575 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4576 #endif
4577
4578 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4579 static unsigned long
4580 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4581                                         const struct alloc_context *ac)
4582 {
4583         unsigned int noreclaim_flag;
4584         unsigned long pflags, progress;
4585
4586         cond_resched();
4587
4588         /* We now go into synchronous reclaim */
4589         cpuset_memory_pressure_bump();
4590         psi_memstall_enter(&pflags);
4591         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4592         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4593
4594         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4595                                                                 ac->nodemask);
4596
4597         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4598         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4599         psi_memstall_leave(&pflags);
4600
4601         cond_resched();
4602
4603         return progress;
4604 }
4605
4606 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4607 static inline struct page *
4608 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4609                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4610                 unsigned long *did_some_progress)
4611 {
4612         struct page *page = NULL;
4613         bool drained = false;
4614
4615         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4616         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4617                 return NULL;
4618
4619 retry:
4620         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4621
4622         /*
4623          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4624          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4625          * Shrink them and try again
4626          */
4627         if (!page && !drained) {
4628                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4629                 drain_all_pages(NULL);
4630                 drained = true;
4631                 goto retry;
4632         }
4633
4634         return page;
4635 }
4636
4637 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4638                              const struct alloc_context *ac)
4639 {
4640         struct zoneref *z;
4641         struct zone *zone;
4642         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4643         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4644
4645         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4646                                         ac->nodemask) {
4647                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4648                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4649                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4650         }
4651 }
4652
4653 static inline unsigned int
4654 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4655 {
4656         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4657
4658         /*
4659          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4660          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4661          * to save two branches.
4662          */
4663         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4664         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4665
4666         /*
4667          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4668          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4669          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4670          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4671          */
4672         alloc_flags |= (__force int)
4673                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4674
4675         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4676                 /*
4677                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4678                  * if it can't schedule.
4679                  */
4680                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4681                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4682                 /*
4683                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4684                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4685                  */
4686                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4687         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4688                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4689
4690         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4691
4692         return alloc_flags;
4693 }
4694
4695 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4696 {
4697         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4698                 return false;
4699
4700         /*
4701          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4702          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4703          */
4704         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4705                 return false;
4706
4707         return true;
4708 }
4709
4710 /*
4711  * Distinguish requests which really need access to full memory
4712  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4713  */
4714 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4715 {
4716         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4717                 return 0;
4718         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4719                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4720         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4721                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4722         if (!in_interrupt()) {
4723                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4724                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4725                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4726                         return ALLOC_OOM;
4727         }
4728
4729         return 0;
4730 }
4731
4732 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4733 {
4734         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4735 }
4736
4737 /*
4738  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4739  * for the given allocation request.
4740  *
4741  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4742  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4743  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4744  *
4745  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4746  */
4747 static inline bool
4748 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4749                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4750                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4751 {
4752         struct zone *zone;
4753         struct zoneref *z;
4754         bool ret = false;
4755
4756         /*
4757          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4758          * their order will become available due to high fragmentation so
4759          * always increment the no progress counter for them
4760          */
4761         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4762                 *no_progress_loops = 0;
4763         else
4764                 (*no_progress_loops)++;
4765
4766         /*
4767          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4768          * several times in the row.
4769          */
4770         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4771                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4772                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4773         }
4774
4775         /*
4776          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4777          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4778          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4779          * screwed and have to go OOM.
4780          */
4781         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4782                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4783                 unsigned long available;
4784                 unsigned long reclaimable;
4785                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4786                 bool wmark;
4787
4788                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4789                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4790
4791                 /*
4792                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4793                  * reclaimable pages?
4794                  */
4795                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4796                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4797                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4798                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4799                 if (wmark) {
4800                         /*
4801                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4802                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4803                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4804                          * prevent from pre mature OOM
4805                          */
4806                         if (!did_some_progress) {
4807                                 unsigned long write_pending;
4808
4809                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4810                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4811
4812                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4813                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4814                                         return true;
4815                                 }
4816                         }
4817
4818                         ret = true;
4819                         goto out;
4820                 }
4821         }
4822
4823 out:
4824         /*
4825          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4826          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4827          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4828          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4829          * here rather than calling cond_resched().
4830          */
4831         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4832                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4833         else
4834                 cond_resched();
4835         return ret;
4836 }
4837
4838 static inline bool
4839 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4840 {
4841         /*
4842          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4843          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4844          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4845          * such a way the check therein was true, and then it became false
4846          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4847          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4848          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4849          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4850          * caller can deal with a violated nodemask.
4851          */
4852         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4853                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4854                 ac->nodemask = NULL;
4855                 return true;
4856         }
4857
4858         /*
4859          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4860          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4861          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4862          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4863          * retry.
4864          */
4865         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4866                 return true;
4867
4868         return false;
4869 }
4870
4871 static inline struct page *
4872 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4873                                                 struct alloc_context *ac)
4874 {
4875         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4876         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4877         struct page *page = NULL;
4878         unsigned int alloc_flags;
4879         unsigned long did_some_progress;
4880         enum compact_priority compact_priority;
4881         enum compact_result compact_result;
4882         int compaction_retries;
4883         int no_progress_loops;
4884         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4885         int reserve_flags;
4886
4887         /*
4888          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4889          * callers that are not in atomic context.
4890          */
4891         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4892                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4893                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4894
4895 retry_cpuset:
4896         compaction_retries = 0;
4897         no_progress_loops = 0;
4898         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4899         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4900
4901         /*
4902          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4903          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4904          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4905          */
4906         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4907
4908         /*
4909          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4910          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4911          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4912          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4913          */
4914         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4915                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4916         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4917                 goto nopage;
4918
4919         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4920                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4921
4922         /*
4923          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4924          * that first
4925          */
4926         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4927         if (page)
4928                 goto got_pg;
4929
4930         /*
4931          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4932          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4933          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4934          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4935          * same migratetype.
4936          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4937          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4938          */
4939         if (can_direct_reclaim &&
4940                         (costly_order ||
4941                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4942                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4943                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4944                                                 alloc_flags, ac,
4945                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4946                                                 &compact_result);
4947                 if (page)
4948                         goto got_pg;
4949
4950                 /*
4951                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4952                  * includes some THP page fault allocations
4953                  */
4954                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4955                         /*
4956                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4957                          * failed because all zones are below low watermarks
4958                          * or is prohibited because it recently failed at this
4959                          * order, fail immediately unless the allocator has
4960                          * requested compaction and reclaim retry.
4961                          *
4962                          * Reclaim is
4963                          *  - potentially very expensive because zones are far
4964                          *    below their low watermarks or this is part of very
4965                          *    bursty high order allocations,
4966                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4967                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4968                          *    linear scan, and
4969                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4970                          *    own.
4971                          */
4972                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4973                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4974                                 goto nopage;
4975
4976                         /*
4977                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4978                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4979                          * using async compaction.
4980                          */
4981                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4982                 }
4983         }
4984
4985 retry:
4986         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4987         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4988                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4989
4990         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4991         if (reserve_flags)
4992                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4993
4994         /*
4995          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4996          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4997          * user oriented.
4998          */
4999         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5000                 ac->nodemask = NULL;
5001                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5002                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5003         }
5004
5005         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5006         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5007         if (page)
5008                 goto got_pg;
5009
5010         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5011         if (!can_direct_reclaim)
5012                 goto nopage;
5013
5014         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5015         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5016                 goto nopage;
5017
5018         /* Try direct reclaim and then allocating */
5019         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5020                                                         &did_some_progress);
5021         if (page)
5022                 goto got_pg;
5023
5024         /* Try direct compaction and then allocating */
5025         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5026                                         compact_priority, &compact_result);
5027         if (page)
5028                 goto got_pg;
5029
5030         /* Do not loop if specifically requested */
5031         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5032                 goto nopage;
5033
5034         /*
5035          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5036          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5037          */
5038         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5039                 goto nopage;
5040
5041         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5042                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5043                 goto retry;
5044
5045         /*
5046          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5047          * reclaim is not able to make any progress because the current
5048          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5049          * of free memory (see __compaction_suitable)
5050          */
5051         if (did_some_progress > 0 &&
5052                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5053                                 compact_result, &compact_priority,
5054                                 &compaction_retries))
5055                 goto retry;
5056
5057
5058         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5059         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5060                 goto retry_cpuset;
5061
5062         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5063         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5064         if (page)
5065                 goto got_pg;
5066
5067         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5068         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5069             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5070              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5071                 goto nopage;
5072
5073         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5074         if (did_some_progress) {
5075                 no_progress_loops = 0;
5076                 goto retry;
5077         }
5078
5079 nopage:
5080         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5081         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5082                 goto retry_cpuset;
5083
5084         /*
5085          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5086          * we always retry
5087          */
5088         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5089                 /*
5090                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5091                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5092                  */
5093                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5094                         goto fail;
5095
5096                 /*
5097                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5098                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5099                  * for somebody to do a work for us
5100                  */
5101                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5102
5103                 /*
5104                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5105                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5106                  * so that we can identify them and convert them to something
5107                  * else.
5108                  */
5109                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5110
5111                 /*
5112                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5113                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5114                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5115                  * the situation worse
5116                  */
5117                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5118                 if (page)
5119                         goto got_pg;
5120
5121                 cond_resched();
5122                 goto retry;
5123         }
5124 fail:
5125         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5126                         "page allocation failure: order:%u", order);
5127 got_pg:
5128         return page;
5129 }
5130
5131 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5132                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5133                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5134                 unsigned int *alloc_flags)
5135 {
5136         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5137         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5138         ac->nodemask = nodemask;
5139         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5140
5141         if (cpusets_enabled()) {
5142                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5143                 /*
5144                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5145                  * to the current task context. It means that any node ok.
5146                  */
5147                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5148                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5149                 else
5150                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5151         }
5152
5153         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5154         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5155
5156         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5157
5158         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5159                 return false;
5160
5161         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5162
5163         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5164         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5165
5166         /*
5167          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5168          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5169          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5170          */
5171         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5172                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5173
5174         return true;
5175 }
5176
5177 /*
5178  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5179  * @gfp: GFP flags for the allocation
5180  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5181  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5182  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5183  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5184  * @page_array: Optional array to store the pages
5185  *
5186  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5187  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5188  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5189  *
5190  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5191  *
5192  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5193  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5194  *
5195  * Returns the number of pages on the list or array.
5196  */
5197 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5198                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5199                         struct list_head *page_list,
5200                         struct page **page_array)
5201 {
5202         struct page *page;
5203         unsigned long flags;
5204         struct zone *zone;
5205         struct zoneref *z;
5206         struct per_cpu_pages *pcp;
5207         struct list_head *pcp_list;
5208         struct alloc_context ac;
5209         gfp_t alloc_gfp;
5210         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5211         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5212
5213         /*
5214          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5215          * to be allocated before disabling IRQs.
5216          */
5217         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5218                 nr_populated++;
5219
5220         /* No pages requested? */
5221         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5222                 goto out;
5223
5224         /* Already populated array? */
5225         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5226                 goto out;
5227
5228         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5229         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5230                 goto failed;
5231
5232         /* Use the single page allocator for one page. */
5233         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5234                 goto failed;
5235
5236 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5237         /*
5238          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5239          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5240          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5241          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5242          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5243          */
5244         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5245                 goto failed;
5246 #endif
5247
5248         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5249         gfp &= gfp_allowed_mask;
5250         alloc_gfp = gfp;
5251         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5252                 goto out;
5253         gfp = alloc_gfp;
5254
5255         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5256         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5257                 unsigned long mark;
5258
5259                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5260                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5261                         continue;
5262                 }
5263
5264                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5265                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5266                         goto failed;
5267                 }
5268
5269                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5270                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5271                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5272                                 alloc_flags, gfp)) {
5273                         break;
5274                 }
5275         }
5276
5277         /*
5278          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5279          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5280          */
5281         if (unlikely(!zone))
5282                 goto failed;
5283
5284         /* Attempt the batch allocation */
5285         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5286         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5287         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5288
5289         while (nr_populated < nr_pages) {
5290
5291                 /* Skip existing pages */
5292                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5293                         nr_populated++;
5294                         continue;
5295                 }
5296
5297                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5298                                                                 pcp, pcp_list);
5299                 if (unlikely(!page)) {
5300                         /* Try and get at least one page */
5301                         if (!nr_populated)
5302                                 goto failed_irq;
5303                         break;
5304                 }
5305                 nr_account++;
5306
5307                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5308                 if (page_list)
5309                         list_add(&page->lru, page_list);
5310                 else
5311                         page_array[nr_populated] = page;
5312                 nr_populated++;
5313         }
5314
5315         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5316
5317         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5318         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5319
5320 out:
5321         return nr_populated;
5322
5323 failed_irq:
5324         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5325
5326 failed:
5327         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5328         if (page) {
5329                 if (page_list)
5330                         list_add(&page->lru, page_list);
5331                 else
5332                         page_array[nr_populated] = page;
5333                 nr_populated++;
5334         }
5335
5336         goto out;
5337 }
5338 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5339
5340 /*
5341  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5342  */
5343 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5344                                                         nodemask_t *nodemask)
5345 {
5346         struct page *page;
5347         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5348         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5349         struct alloc_context ac = { };
5350
5351         /*
5352          * There are several places where we assume that the order value is sane
5353          * so bail out early if the request is out of bound.
5354          */
5355         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5356                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5357                 return NULL;
5358         }
5359
5360         gfp &= gfp_allowed_mask;
5361         /*
5362          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5363          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5364          * from a particular context which has been marked by
5365          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5366          * movable zones are not used during allocation.
5367          */
5368         gfp = current_gfp_context(gfp);
5369         alloc_gfp = gfp;
5370         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5371                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5372                 return NULL;
5373
5374         /*
5375          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5376          * memory until all local zones are considered.
5377          */
5378         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5379
5380         /* First allocation attempt */
5381         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5382         if (likely(page))
5383                 goto out;
5384
5385         alloc_gfp = gfp;
5386         ac.spread_dirty_pages = false;
5387
5388         /*
5389          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5390          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5391          */
5392         ac.nodemask = nodemask;
5393
5394         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5395
5396 out:
5397         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5398             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5399                 __free_pages(page, order);
5400                 page = NULL;
5401         }
5402
5403         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5404
5405         return page;
5406 }
5407 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5408
5409 /*
5410  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5411  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5412  * you need to access high mem.
5413  */
5414 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5415 {
5416         struct page *page;
5417
5418         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5419         if (!page)
5420                 return 0;
5421         return (unsigned long) page_address(page);
5422 }
5423 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5424
5425 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5426 {
5427         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5428 }
5429 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5430
5431 /**
5432  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5433  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5434  * @order: The order of the allocation.
5435  *
5436  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5437  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5438  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5439  * than was allocated will probably emit a warning.
5440  *
5441  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5442  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5443  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5444  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5445  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5446  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5447  *
5448  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5449  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5450  */
5451 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5452 {
5453         if (put_page_testzero(page))
5454                 free_the_page(page, order);
5455         else if (!PageHead(page))
5456                 while (order-- > 0)
5457                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5458 }
5459 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5460
5461 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5462 {
5463         if (addr != 0) {
5464                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5465                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5466         }
5467 }
5468
5469 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5470
5471 /*
5472  * Page Fragment:
5473  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5474  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5475  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5476  *
5477  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5478  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5479  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5480  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5481  */
5482 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5483                                              gfp_t gfp_mask)
5484 {
5485         struct page *page = NULL;
5486         gfp_t gfp = gfp_mask;
5487
5488 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5489         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5490                     __GFP_NOMEMALLOC;
5491         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5492                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5493         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5494 #endif
5495         if (unlikely(!page))
5496                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5497
5498         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5499
5500         return page;
5501 }
5502
5503 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5504 {
5505         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5506
5507         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5508                 free_the_page(page, compound_order(page));
5509 }
5510 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5511
5512 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5513                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5514                       unsigned int align_mask)
5515 {
5516         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5517         struct page *page;
5518         int offset;
5519
5520         if (unlikely(!nc->va)) {
5521 refill:
5522                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5523                 if (!page)
5524                         return NULL;
5525
5526 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5527                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5528                 size = nc->size;
5529 #endif
5530                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5531                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5532                  */
5533                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5534
5535                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5536                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5537                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5538                 nc->offset = size;
5539         }
5540
5541         offset = nc->offset - fragsz;
5542         if (unlikely(offset < 0)) {
5543                 page = virt_to_page(nc->va);
5544
5545                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5546                         goto refill;
5547
5548                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5549                         free_the_page(page, compound_order(page));
5550                         goto refill;
5551                 }
5552
5553 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5554                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5555                 size = nc->size;
5556 #endif
5557                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5558                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5559
5560                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5561                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5562                 offset = size - fragsz;
5563         }
5564
5565         nc->pagecnt_bias--;
5566         offset &= align_mask;
5567         nc->offset = offset;
5568
5569         return nc->va + offset;
5570 }
5571 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5572
5573 /*
5574  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5575  */
5576 void page_frag_free(void *addr)
5577 {
5578         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5579
5580         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5581                 free_the_page(page, compound_order(page));
5582 }
5583 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5584
5585 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5586                 size_t size)
5587 {
5588         if (addr) {
5589                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5590                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5591
5592                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5593                 while (used < alloc_end) {
5594                         free_page(used);
5595                         used += PAGE_SIZE;
5596                 }
5597         }
5598         return (void *)addr;
5599 }
5600
5601 /**
5602  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5603  * @size: the number of bytes to allocate
5604  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5605  *
5606  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5607  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5608  * allocate memory in power-of-two pages.
5609  *
5610  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5611  *
5612  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5613  *
5614  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5615  */
5616 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5617 {
5618         unsigned int order = get_order(size);
5619         unsigned long addr;
5620
5621         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5622                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5623
5624         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5625         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5626 }
5627 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5628
5629 /**
5630  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5631  *                         pages on a node.
5632  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5633  * @size: the number of bytes to allocate
5634  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5635  *
5636  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5637  * back.
5638  *
5639  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5640  */
5641 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5642 {
5643         unsigned int order = get_order(size);
5644         struct page *p;
5645
5646         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5647                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5648
5649         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5650         if (!p)
5651                 return NULL;
5652         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5653 }
5654
5655 /**
5656  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5657  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5658  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5659  *
5660  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5661  */
5662 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5663 {
5664         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5665         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5666
5667         while (addr < end) {
5668                 free_page(addr);
5669                 addr += PAGE_SIZE;
5670         }
5671 }
5672 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5673
5674 /**
5675  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5676  * @offset: The zone index of the highest zone
5677  *
5678  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5679  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5680  * zone, the number of pages is calculated as:
5681  *
5682  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5683  *
5684  * Return: number of pages beyond high watermark.
5685  */
5686 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5687 {
5688         struct zoneref *z;
5689         struct zone *zone;
5690
5691         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5692         unsigned long sum = 0;
5693
5694         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5695
5696         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5697                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5698                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5699                 if (size > high)
5700                         sum += size - high;
5701         }
5702
5703         return sum;
5704 }
5705
5706 /**
5707  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5708  *
5709  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5710  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5711  *
5712  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5713  * ZONE_NORMAL.
5714  */
5715 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5716 {
5717         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5718 }
5719 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5720
5721 static inline void show_node(struct zone *zone)
5722 {
5723         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5724                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5725 }
5726
5727 long si_mem_available(void)
5728 {
5729         long available;
5730         unsigned long pagecache;
5731         unsigned long wmark_low = 0;
5732         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5733         unsigned long reclaimable;
5734         struct zone *zone;
5735         int lru;
5736
5737         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5738                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5739
5740         for_each_zone(zone)
5741                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5742
5743         /*
5744          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5745          * without causing swapping.
5746          */
5747         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5748
5749         /*
5750          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5751          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5752          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5753          */
5754         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5755         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5756         available += pagecache;
5757
5758         /*
5759          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5760          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5761          * low watermark.
5762          */
5763         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5764                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5765         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5766
5767         if (available < 0)
5768                 available = 0;
5769         return available;
5770 }
5771 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5772
5773 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5774 {
5775         val->totalram = totalram_pages();
5776         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5777         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5778         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5779         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5780         val->freehigh = nr_free_highpages();
5781         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5782 }
5783
5784 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5785
5786 #ifdef CONFIG_NUMA
5787 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5788 {
5789         int zone_type;          /* needs to be signed */
5790         unsigned long managed_pages = 0;
5791         unsigned long managed_highpages = 0;
5792         unsigned long free_highpages = 0;
5793         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5794
5795         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5796                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5797         val->totalram = managed_pages;
5798         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5799         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5800 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5801         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5802                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5803
5804                 if (is_highmem(zone)) {
5805                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5806                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5807                 }
5808         }
5809         val->totalhigh = managed_highpages;
5810         val->freehigh = free_highpages;
5811 #else
5812         val->totalhigh = managed_highpages;
5813         val->freehigh = free_highpages;
5814 #endif
5815         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5816 }
5817 #endif
5818
5819 /*
5820  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5821  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5822  */
5823 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5824 {
5825         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5826                 return false;
5827
5828         /*
5829          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5830          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5831          * have to be precise here.
5832          */
5833         if (!nodemask)
5834                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5835
5836         return !node_isset(nid, *nodemask);
5837 }
5838
5839 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5840
5841 static void show_migration_types(unsigned char type)
5842 {
5843         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5844                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5845                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5846                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5847                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5848 #ifdef CONFIG_CMA
5849                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5850 #endif
5851 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5852                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5853 #endif
5854         };
5855         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5856         char *p = tmp;
5857         int i;
5858
5859         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5860                 if (type & (1 << i))
5861                         *p++ = types[i];
5862         }
5863
5864         *p = '\0';
5865         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5866 }
5867
5868 /*
5869  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5870  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5871  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5872  *
5873  * Bits in @filter:
5874  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5875  *   cpuset.
5876  */
5877 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5878 {
5879         unsigned long free_pcp = 0;
5880         int cpu;
5881         struct zone *zone;
5882         pg_data_t *pgdat;
5883
5884         for_each_populated_zone(zone) {
5885                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5886                         continue;
5887
5888                 for_each_online_cpu(cpu)
5889                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5890         }
5891
5892         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5893                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5894                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5895                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5896                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5897                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5898                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5899                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5900                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5901                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5902                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5903                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5904                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5905                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5906                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5907                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5908                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5909                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5910                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5911                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5912                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5913                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5914                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5915                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5916                 free_pcp,
5917                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5918
5919         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5920                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5921                         continue;
5922
5923                 printk("Node %d"
5924                         " active_anon:%lukB"
5925                         " inactive_anon:%lukB"
5926                         " active_file:%lukB"
5927                         " inactive_file:%lukB"
5928                         " unevictable:%lukB"
5929                         " isolated(anon):%lukB"
5930                         " isolated(file):%lukB"
5931                         " mapped:%lukB"
5932                         " dirty:%lukB"
5933                         " writeback:%lukB"
5934                         " shmem:%lukB"
5935 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5936                         " shmem_thp: %lukB"
5937                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5938                         " anon_thp: %lukB"
5939 #endif
5940                         " writeback_tmp:%lukB"
5941                         " kernel_stack:%lukB"
5942 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5943                         " shadow_call_stack:%lukB"
5944 #endif
5945                         " pagetables:%lukB"
5946                         " all_unreclaimable? %s"
5947                         "\n",
5948                         pgdat->node_id,
5949                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5950                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5954                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5960 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5962                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5963                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5964 #endif
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5966                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5967 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5968                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5969 #endif
5970                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5971                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5972                                 "yes" : "no");
5973         }
5974
5975         for_each_populated_zone(zone) {
5976                 int i;
5977
5978                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5979                         continue;
5980
5981                 free_pcp = 0;
5982                 for_each_online_cpu(cpu)
5983                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5984
5985                 show_node(zone);
5986                 printk(KERN_CONT
5987                         "%s"
5988                         " free:%lukB"
5989                         " min:%lukB"
5990                         " low:%lukB"
5991                         " high:%lukB"
5992                         " reserved_highatomic:%luKB"
5993                         " active_anon:%lukB"
5994                         " inactive_anon:%lukB"
5995                         " active_file:%lukB"
5996                         " inactive_file:%lukB"
5997                         " unevictable:%lukB"
5998                         " writepending:%lukB"
5999                         " present:%lukB"
6000                         " managed:%lukB"
6001                         " mlocked:%lukB"
6002                         " bounce:%lukB"
6003                         " free_pcp:%lukB"
6004                         " local_pcp:%ukB"
6005                         " free_cma:%lukB"
6006                         "\n",
6007                         zone->name,
6008                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6009                         K(min_wmark_pages(zone)),
6010                         K(low_wmark_pages(zone)),
6011                         K(high_wmark_pages(zone)),
6012                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6013                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6014                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6015                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6016                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6017                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6018                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6019                         K(zone->present_pages),
6020                         K(zone_managed_pages(zone)),
6021                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6022                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6023                         K(free_pcp),
6024                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6025                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6026                 printk("lowmem_reserve[]:");
6027                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6028                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6029                 printk(KERN_CONT "\n");
6030         }
6031
6032         for_each_populated_zone(zone) {
6033                 unsigned int order;
6034                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6035                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6036
6037                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6038                         continue;
6039                 show_node(zone);
6040                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6041
6042                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6043                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6044                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6045                         int type;
6046
6047                         nr[order] = area->nr_free;
6048                         total += nr[order] << order;
6049
6050                         types[order] = 0;
6051                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6052                                 if (!free_area_empty(area, type))
6053                                         types[order] |= 1 << type;
6054                         }
6055                 }
6056                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6057                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6058                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6059                                nr[order], K(1UL) << order);
6060                         if (nr[order])
6061                                 show_migration_types(types[order]);
6062                 }
6063                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6064         }
6065
6066         hugetlb_show_meminfo();
6067
6068         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6069
6070         show_swap_cache_info();
6071 }
6072
6073 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6074 {
6075         zoneref->zone = zone;
6076         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6077 }
6078
6079 /*
6080  * Builds allocation fallback zone lists.
6081  *
6082  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6083  */
6084 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6085 {
6086         struct zone *zone;
6087         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6088         int nr_zones = 0;
6089
6090         do {
6091                 zone_type--;
6092                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6093                 if (managed_zone(zone)) {
6094                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6095                         check_highest_zone(zone_type);
6096                 }
6097         } while (zone_type);
6098
6099         return nr_zones;
6100 }
6101
6102 #ifdef CONFIG_NUMA
6103
6104 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6105 {
6106         /*
6107          * We used to support different zonelists modes but they turned
6108          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6109          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6110          * not fail it silently
6111          */
6112         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6113                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6114                 return -EINVAL;
6115         }
6116         return 0;
6117 }
6118
6119 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6120
6121 /*
6122  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6123  */
6124 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6125                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6126 {
6127         if (write)
6128                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6129         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6130 }
6131
6132
6133 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6134 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6135
6136 /**
6137  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6138  * @node: node whose fallback list we're appending
6139  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6140  *
6141  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6142  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6143  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6144  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6145  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6146  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6147  * on them otherwise.
6148  *
6149  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6150  */
6151 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6152 {
6153         int n, val;
6154         int min_val = INT_MAX;
6155         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6156
6157         /* Use the local node if we haven't already */
6158         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6159                 node_set(node, *used_node_mask);
6160                 return node;
6161         }
6162
6163         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6164
6165                 /* Don't want a node to appear more than once */
6166                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6167                         continue;
6168
6169                 /* Use the distance array to find the distance */
6170                 val = node_distance(node, n);
6171
6172                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6173                 val += (n < node);
6174
6175                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6176                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6177                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6178
6179                 /* Slight preference for less loaded node */
6180                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6181                 val += node_load[n];
6182
6183                 if (val < min_val) {
6184                         min_val = val;
6185                         best_node = n;
6186                 }
6187         }
6188
6189         if (best_node >= 0)
6190                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6191
6192         return best_node;
6193 }
6194
6195
6196 /*
6197  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6198  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6199  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6200  */
6201 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6202                 unsigned nr_nodes)
6203 {
6204         struct zoneref *zonerefs;
6205         int i;
6206
6207         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6208
6209         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6210                 int nr_zones;
6211
6212                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6213
6214                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6215                 zonerefs += nr_zones;
6216         }
6217         zonerefs->zone = NULL;
6218         zonerefs->zone_idx = 0;
6219 }
6220
6221 /*
6222  * Build gfp_thisnode zonelists
6223  */
6224 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6225 {
6226         struct zoneref *zonerefs;
6227         int nr_zones;
6228
6229         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6230         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6231         zonerefs += nr_zones;
6232         zonerefs->zone = NULL;
6233         zonerefs->zone_idx = 0;
6234 }
6235
6236 /*
6237  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6238  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6239  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6240  * may still exist in local DMA zone.
6241  */
6242
6243 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6244 {
6245         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6246         int node, load, nr_nodes = 0;
6247         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6248         int local_node, prev_node;
6249
6250         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6251         local_node = pgdat->node_id;
6252         load = nr_online_nodes;
6253         prev_node = local_node;
6254
6255         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6256         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6257                 /*
6258                  * We don't want to pressure a particular node.
6259                  * So adding penalty to the first node in same
6260                  * distance group to make it round-robin.
6261                  */
6262                 if (node_distance(local_node, node) !=
6263                     node_distance(local_node, prev_node))
6264                         node_load[node] = load;
6265
6266                 node_order[nr_nodes++] = node;
6267                 prev_node = node;
6268                 load--;
6269         }
6270
6271         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6272         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6273 }
6274
6275 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6276 /*
6277  * Return node id of node used for "local" allocations.
6278  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6279  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6280  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6281  */
6282 int local_memory_node(int node)
6283 {
6284         struct zoneref *z;
6285
6286         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6287                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6288                                    NULL);
6289         return zone_to_nid(z->zone);
6290 }
6291 #endif
6292
6293 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6294 static void setup_min_slab_ratio(void);
6295 #else   /* CONFIG_NUMA */
6296
6297 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6298 {
6299         int node, local_node;
6300         struct zoneref *zonerefs;
6301         int nr_zones;
6302
6303         local_node = pgdat->node_id;
6304
6305         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6306         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6307         zonerefs += nr_zones;
6308
6309         /*
6310          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6311          * of all the other nodes.
6312          * We don't want to pressure a particular node, so when
6313          * building the zones for node N, we make sure that the
6314          * zones coming right after the local ones are those from
6315          * node N+1 (modulo N)
6316          */
6317         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6318                 if (!node_online(node))
6319                         continue;
6320                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6321                 zonerefs += nr_zones;
6322         }
6323         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6324                 if (!node_online(node))
6325                         continue;
6326                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6327                 zonerefs += nr_zones;
6328         }
6329
6330         zonerefs->zone = NULL;
6331         zonerefs->zone_idx = 0;
6332 }
6333
6334 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6335
6336 /*
6337  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6338  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6339  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6340  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6341  * with interrupts disabled.
6342  *
6343  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6344  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6345  * hotplugged processors.
6346  *
6347  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6348  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6349  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6350  */
6351 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6352 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6353 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6354 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6355 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6356 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6357 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6358
6359 static void __build_all_zonelists(void *data)
6360 {
6361         int nid;
6362         int __maybe_unused cpu;
6363         pg_data_t *self = data;
6364         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6365
6366         spin_lock(&lock);
6367
6368 #ifdef CONFIG_NUMA
6369         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6370 #endif
6371
6372         /*
6373          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6374          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6375          */
6376         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6377                 build_zonelists(self);
6378         } else {
6379                 for_each_online_node(nid) {
6380                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6381
6382                         build_zonelists(pgdat);
6383                 }
6384
6385 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6386                 /*
6387                  * We now know the "local memory node" for each node--
6388                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6389                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6390                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6391                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6392                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6393                  */
6394                 for_each_online_cpu(cpu)
6395                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6396 #endif
6397         }
6398
6399         spin_unlock(&lock);
6400 }
6401
6402 static noinline void __init
6403 build_all_zonelists_init(void)
6404 {
6405         int cpu;
6406
6407         __build_all_zonelists(NULL);
6408
6409         /*
6410          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6411          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6412          * each zone will be allocated later when the per cpu
6413          * allocator is available.
6414          *
6415          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6416          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6417          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6418          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6419          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6420          * (a chicken-egg dilemma).
6421          */
6422         for_each_possible_cpu(cpu)
6423                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6424
6425         mminit_verify_zonelist();
6426         cpuset_init_current_mems_allowed();
6427 }
6428
6429 /*
6430  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6431  *
6432  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6433  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6434  */
6435 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6436 {
6437         unsigned long vm_total_pages;
6438
6439         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6440                 build_all_zonelists_init();
6441         } else {
6442                 __build_all_zonelists(pgdat);
6443                 /* cpuset refresh routine should be here */
6444         }
6445         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6446         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6447         /*
6448          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6449          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6450          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6451          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6452          * disabled and enable it later
6453          */
6454         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6455                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6456         else
6457                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6458
6459         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6460                 nr_online_nodes,
6461                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6462                 vm_total_pages);
6463 #ifdef CONFIG_NUMA
6464         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6465 #endif
6466 }
6467
6468 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6469 static bool __meminit
6470 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6471 {
6472         static struct memblock_region *r;
6473
6474         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6475                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6476                         for_each_mem_region(r) {
6477                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6478                                         break;
6479                         }
6480                 }
6481                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6482                     memblock_is_mirror(r)) {
6483                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6484                         return true;
6485                 }
6486         }
6487         return false;
6488 }
6489
6490 /*
6491  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6492  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6493  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6494  *
6495  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6496  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6497  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6498  */
6499 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6500                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6501                 enum meminit_context context,
6502                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6503 {
6504         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6505         struct page *page;
6506
6507         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6508                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6509
6510 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6511         /*
6512          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6513          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6514          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6515          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6516          * the hotplug lock.
6517          */
6518         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6519                 if (!altmap)
6520                         return;
6521
6522                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6523                         start_pfn += altmap->reserve;
6524                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6525         }
6526 #endif
6527
6528         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6529                 /*
6530                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6531                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6532                  */
6533                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6534                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6535                                 continue;
6536                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6537                                 break;
6538                 }
6539
6540                 page = pfn_to_page(pfn);
6541                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6542                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6543                         __SetPageReserved(page);
6544
6545                 /*
6546                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6547                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6548                  * over the place during system boot.
6549                  */
6550                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6551                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6552                         cond_resched();
6553                 }
6554                 pfn++;
6555         }
6556 }
6557
6558 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6559 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6560                                    unsigned long start_pfn,
6561                                    unsigned long nr_pages,
6562                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6563 {
6564         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6565         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6566         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6567         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6568         unsigned long start = jiffies;
6569         int nid = pgdat->node_id;
6570
6571         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6572                 return;
6573
6574         /*
6575          * The call to memmap_init should have already taken care
6576          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6577          * the end of that region and start processing the device pages.
6578          */
6579         if (altmap) {
6580                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6581                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6582         }
6583
6584         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6585                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6586
6587                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6588
6589                 /*
6590                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6591                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6592                  *
6593                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6594                  * the flag as we are still initializing the pages.
6595                  */
6596                 __SetPageReserved(page);
6597
6598                 /*
6599                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6600                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6601                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6602                  */
6603                 page->pgmap = pgmap;
6604                 page->zone_device_data = NULL;
6605
6606                 /*
6607                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6608                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6609                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6610                  * the address space during boot when many long-lived
6611                  * kernel allocations are made.
6612                  *
6613                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6614                  * because this is done early in section_activate()
6615                  */
6616                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6617                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6618                         cond_resched();
6619                 }
6620         }
6621
6622         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6623                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6624 }
6625
6626 #endif
6627 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6628 {
6629         unsigned int order, t;
6630         for_each_migratetype_order(order, t) {
6631                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6632                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6633         }
6634 }
6635
6636 /*
6637  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6638  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6639  * memmap_init_zone_range().
6640  *
6641  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6642  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6643  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6644  *   arbitrary section size
6645  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6646  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6647  *   nicely with memmap sections
6648  *
6649  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6650  * - PG_Reserved is set
6651  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6652  *   hole is in the middle of a zone
6653  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6654  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6655  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6656  *   section that will be appended to the zone/node below.
6657  */
6658 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6659                                           unsigned long epfn,
6660                                           int zone, int node)
6661 {
6662         unsigned long pfn;
6663         u64 pgcnt = 0;
6664
6665         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6666                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6667                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6668                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6669                         continue;
6670                 }
6671                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6672                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6673                 pgcnt++;
6674         }
6675
6676         if (pgcnt)
6677                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6678                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6679 }
6680
6681 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6682                                           unsigned long start_pfn,
6683                                           unsigned long end_pfn,
6684                                           unsigned long *hole_pfn)
6685 {
6686         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6687         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6688         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6689
6690         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6691         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6692
6693         if (start_pfn >= end_pfn)
6694                 return;
6695
6696         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6697                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6698
6699         if (*hole_pfn < start_pfn)
6700                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6701
6702         *hole_pfn = end_pfn;
6703 }
6704
6705 static void __init memmap_init(void)
6706 {
6707         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6708         unsigned long hole_pfn = 0;
6709         int i, j, zone_id = 0, nid;
6710
6711         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6712                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6713
6714                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6715                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6716
6717                         if (!populated_zone(zone))
6718                                 continue;
6719
6720                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6721                                                &hole_pfn);
6722                         zone_id = j;
6723                 }
6724         }
6725
6726 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6727         /*
6728          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6729          * section_end].
6730          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6731          * node.
6732          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6733          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6734          * for FLATMEM it is a nop anyway
6735          */
6736         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6737         if (hole_pfn < end_pfn)
6738 #endif
6739                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6740 }
6741
6742 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6743                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6744 {
6745         void *ptr;
6746
6747         if (exact_nid)
6748                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6749                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6750                                                    nid);
6751         else
6752                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6753                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6754                                                  nid);
6755
6756         if (ptr && size > 0)
6757                 page_init_poison(ptr, size);
6758
6759         return ptr;
6760 }
6761
6762 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6763 {
6764 #ifdef CONFIG_MMU
6765         int batch;
6766
6767         /*
6768          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6769          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6770          * size is striking a balance between allocation latency
6771          * and zone lock contention.
6772          */
6773         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6774         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6775         if (batch < 1)
6776                 batch = 1;
6777
6778         /*
6779          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6780          * of 2 value was found to be more likely to have
6781          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6782          *
6783          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6784          * batches of pages, one task can end up with a lot
6785          * of pages of one half of the possible page colors
6786          * and the other with pages of the other colors.
6787          */
6788         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6789
6790         return batch;
6791
6792 #else
6793         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6794          * conditions.
6795          *
6796          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6797          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6798          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6799          *
6800          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6801          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6802          * can be a significant delay between the individual batches being
6803          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6804          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6805          */
6806         return 0;
6807 #endif
6808 }
6809
6810 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6811 {
6812 #ifdef CONFIG_MMU
6813         int high;
6814         int nr_split_cpus;
6815         unsigned long total_pages;
6816
6817         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6818                 /*
6819                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6820                  * low watermark so that if they are full then background
6821                  * reclaim will not be started prematurely.
6822                  */
6823                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6824         } else {
6825                 /*
6826                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6827                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6828                  * zone.
6829                  */
6830                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6831         }
6832
6833         /*
6834          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6835          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6836          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6837          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6838          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6839          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6840          */
6841         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6842         if (!nr_split_cpus)
6843                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6844         high = total_pages / nr_split_cpus;
6845
6846         /*
6847          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6848          * historical relationship between high and batch.
6849          */
6850         high = max(high, batch << 2);
6851
6852         return high;
6853 #else
6854         return 0;
6855 #endif
6856 }
6857
6858 /*
6859  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6860  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6861  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6862  *
6863  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6864  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6865  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6866  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6867  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6868  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6869  *
6870  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6871  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6872  * exist).
6873  */
6874 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6875                 unsigned long batch)
6876 {
6877         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6878         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6879 }
6880
6881 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6882 {
6883         int pindex;
6884
6885         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6886         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6887
6888         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6889                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6890
6891         /*
6892          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6893          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6894          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6895          * pageset yet.
6896          */
6897         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6898         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6899         pcp->free_factor = 0;
6900 }
6901
6902 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6903                 unsigned long batch)
6904 {
6905         struct per_cpu_pages *pcp;
6906         int cpu;
6907
6908         for_each_possible_cpu(cpu) {
6909                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6910                 pageset_update(pcp, high, batch);
6911         }
6912 }
6913
6914 /*
6915  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6916  * zone based on the zone's size.
6917  */
6918 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6919 {
6920         int new_high, new_batch;
6921
6922         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6923         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6924
6925         if (zone->pageset_high == new_high &&
6926             zone->pageset_batch == new_batch)
6927                 return;
6928
6929         zone->pageset_high = new_high;
6930         zone->pageset_batch = new_batch;
6931
6932         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6933 }
6934
6935 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6936 {
6937         int cpu;
6938
6939         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6940         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6941                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6942
6943         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6944         for_each_possible_cpu(cpu) {
6945                 struct per_cpu_pages *pcp;
6946                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6947
6948                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6949                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6950                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6951         }
6952
6953         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6954 }
6955
6956 /*
6957  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6958  * Before this call only boot pagesets were available.
6959  */
6960 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6961 {
6962         struct pglist_data *pgdat;
6963         struct zone *zone;
6964         int __maybe_unused cpu;
6965
6966         for_each_populated_zone(zone)
6967                 setup_zone_pageset(zone);
6968
6969 #ifdef CONFIG_NUMA
6970         /*
6971          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6972          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6973          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6974          * the nodes these zones are associated with.
6975          */
6976         for_each_possible_cpu(cpu) {
6977                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6978                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6979                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6980         }
6981 #endif
6982
6983         for_each_online_pgdat(pgdat)
6984                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6985                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6986 }
6987
6988 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6989 {
6990         /*
6991          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6992          * relies on the ability of the linker to provide the
6993          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6994          */
6995         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6996         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6997         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6998         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6999
7000         if (populated_zone(zone))
7001                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7002                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7003 }
7004
7005 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7006                                         unsigned long zone_start_pfn,
7007                                         unsigned long size)
7008 {
7009         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7010         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7011
7012         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7013                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7014
7015         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7016
7017         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7018                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7019                         pgdat->node_id,
7020                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7021                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7022
7023         zone_init_free_lists(zone);
7024         zone->initialized = 1;
7025 }
7026
7027 /**
7028  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7029  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7030  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7031  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7032  *
7033  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7034  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7035  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7036  * PFNs will be 0.
7037  */
7038 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7039                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7040 {
7041         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7042         int i;
7043
7044         *start_pfn = -1UL;
7045         *end_pfn = 0;
7046
7047         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7048                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7049                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7050         }
7051
7052         if (*start_pfn == -1UL)
7053                 *start_pfn = 0;
7054 }
7055
7056 /*
7057  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7058  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7059  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7060  */
7061 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7062 {
7063         int zone_index;
7064         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7065                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7066                         continue;
7067
7068                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7069                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7070                         break;
7071         }
7072
7073         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7074         movable_zone = zone_index;
7075 }
7076
7077 /*
7078  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7079  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7080  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7081  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7082  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7083  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7084  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7085  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7086  */
7087 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7088                                         unsigned long zone_type,
7089                                         unsigned long node_start_pfn,
7090                                         unsigned long node_end_pfn,
7091                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7092                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7093 {
7094         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7095         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7096                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7097                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7098                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7099                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7100                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7101
7102                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7103                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7104                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7105                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7106                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7107
7108                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7109                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7110                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7111         }
7112 }
7113
7114 /*
7115  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7116  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7117  */
7118 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7119                                         unsigned long zone_type,
7120                                         unsigned long node_start_pfn,
7121                                         unsigned long node_end_pfn,
7122                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7123                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7124 {
7125         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7126         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7127         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7128         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7129                 return 0;
7130
7131         /* Get the start and end of the zone */
7132         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7133         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7134         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7135                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7136                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7137
7138         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7139         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7140                 return 0;
7141
7142         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7143         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7144         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7145
7146         /* Return the spanned pages */
7147         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7148 }
7149
7150 /*
7151  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7152  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7153  */
7154 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7155                                 unsigned long range_start_pfn,
7156                                 unsigned long range_end_pfn)
7157 {
7158         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7159         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7160         int i;
7161
7162         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7163                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7164                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7165                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7166         }
7167         return nr_absent;
7168 }
7169
7170 /**
7171  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7172  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7173  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7174  *
7175  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7176  */
7177 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7178                                                         unsigned long end_pfn)
7179 {
7180         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7181 }
7182
7183 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7184 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7185                                         unsigned long zone_type,
7186                                         unsigned long node_start_pfn,
7187                                         unsigned long node_end_pfn)
7188 {
7189         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7190         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7191         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7192         unsigned long nr_absent;
7193
7194         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7195         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7196                 return 0;
7197
7198         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7199         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7200
7201         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7202                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7203                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7204         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7205
7206         /*
7207          * ZONE_MOVABLE handling.
7208          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7209          * and vice versa.
7210          */
7211         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7212                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7213                 struct memblock_region *r;
7214
7215                 for_each_mem_region(r) {
7216                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7217                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7218                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7219                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7220
7221                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7222                             memblock_is_mirror(r))
7223                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7224
7225                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7226                             !memblock_is_mirror(r))
7227                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7228                 }
7229         }
7230
7231         return nr_absent;
7232 }
7233
7234 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7235                                                 unsigned long node_start_pfn,
7236                                                 unsigned long node_end_pfn)
7237 {
7238         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7239         enum zone_type i;
7240
7241         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7242                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7243                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7244                 unsigned long spanned, absent;
7245                 unsigned long size, real_size;
7246
7247                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7248                                                      node_start_pfn,
7249                                                      node_end_pfn,
7250                                                      &zone_start_pfn,
7251                                                      &zone_end_pfn);
7252                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7253                                                    node_start_pfn,
7254                                                    node_end_pfn);
7255
7256                 size = spanned;
7257                 real_size = size - absent;
7258
7259                 if (size)
7260                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7261                 else
7262                         zone->zone_start_pfn = 0;
7263                 zone->spanned_pages = size;
7264                 zone->present_pages = real_size;
7265 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7266                 zone->present_early_pages = real_size;
7267 #endif
7268
7269                 totalpages += size;
7270                 realtotalpages += real_size;
7271         }
7272
7273         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7274         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7275         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7276 }
7277
7278 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7279 /*
7280  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7281  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7282  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7283  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7284  * bytes.
7285  */
7286 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7287 {
7288         unsigned long usemapsize;
7289
7290         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7291         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7292         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7293         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7294         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7295
7296         return usemapsize / 8;
7297 }
7298
7299 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7300 {
7301         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7302                                                zone->spanned_pages);
7303         zone->pageblock_flags = NULL;
7304         if (usemapsize) {
7305                 zone->pageblock_flags =
7306                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7307                                             zone_to_nid(zone));
7308                 if (!zone->pageblock_flags)
7309                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7310                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7311         }
7312 }
7313 #else
7314 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7315 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7316
7317 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7318
7319 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7320 void __init set_pageblock_order(void)
7321 {
7322         unsigned int order;
7323
7324         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7325         if (pageblock_order)
7326                 return;
7327
7328         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7329                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7330         else
7331                 order = MAX_ORDER - 1;
7332
7333         /*
7334          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7335          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7336          * powerpc.
7337          */
7338         pageblock_order = order;
7339 }
7340 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7341
7342 /*
7343  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7344  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7345  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7346  * the kernel config
7347  */
7348 void __init set_pageblock_order(void)
7349 {
7350 }
7351
7352 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7353
7354 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7355                                                 unsigned long present_pages)
7356 {
7357         unsigned long pages = spanned_pages;
7358
7359         /*
7360          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7361          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7362          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7363          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7364          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7365          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7366          */
7367         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7368             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7369                 pages = present_pages;
7370
7371         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7372 }
7373
7374 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7375 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7376 {
7377         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7378
7379         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7380         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7381         ds_queue->split_queue_len = 0;
7382 }
7383 #else
7384 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7385 #endif
7386
7387 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7388 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7389 {
7390         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7391 }
7392 #else
7393 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7394 #endif
7395
7396 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7397 {
7398         pgdat_resize_init(pgdat);
7399
7400         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7401         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7402
7403         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7404         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7405
7406         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7407         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7408 }
7409
7410 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7411                                                         unsigned long remaining_pages)
7412 {
7413         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7414         zone_set_nid(zone, nid);
7415         zone->name = zone_names[idx];
7416         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7417         spin_lock_init(&zone->lock);
7418         zone_seqlock_init(zone);
7419         zone_pcp_init(zone);
7420 }
7421
7422 /*
7423  * Set up the zone data structures
7424  * - init pgdat internals
7425  * - init all zones belonging to this node
7426  *
7427  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7428  */
7429 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7430 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7431 {
7432         enum zone_type z;
7433         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7434
7435         pgdat_init_internals(pgdat);
7436         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7437                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7438 }
7439 #endif
7440
7441 /*
7442  * Set up the zone data structures:
7443  *   - mark all pages reserved
7444  *   - mark all memory queues empty
7445  *   - clear the memory bitmaps
7446  *
7447  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7448  * NOTE: this function is only called during early init.
7449  */
7450 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7451 {
7452         enum zone_type j;
7453         int nid = pgdat->node_id;
7454
7455         pgdat_init_internals(pgdat);
7456         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7457
7458         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7459                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7460                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7461
7462                 size = zone->spanned_pages;
7463                 freesize = zone->present_pages;
7464
7465                 /*
7466                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7467                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7468                  * and per-cpu initialisations
7469                  */
7470                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7471                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7472                         if (freesize >= memmap_pages) {
7473                                 freesize -= memmap_pages;
7474                                 if (memmap_pages)
7475                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7476                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7477                         } else
7478                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7479                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7480                 }
7481
7482                 /* Account for reserved pages */
7483                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7484                         freesize -= dma_reserve;
7485                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7486                 }
7487
7488                 if (!is_highmem_idx(j))
7489                         nr_kernel_pages += freesize;
7490                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7491                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7492                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7493                 nr_all_pages += freesize;
7494
7495                 /*
7496                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7497                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7498                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7499                  */
7500                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7501
7502                 if (!size)
7503                         continue;
7504
7505                 set_pageblock_order();
7506                 setup_usemap(zone);
7507                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7508         }
7509 }
7510
7511 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7512 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7513 {
7514         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7515         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7516
7517         /* Skip empty nodes */
7518         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7519                 return;
7520
7521         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7522         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7523         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7524         if (!pgdat->node_mem_map) {
7525                 unsigned long size, end;
7526                 struct page *map;
7527
7528                 /*
7529                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7530                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7531                  * for the buddy allocator to function correctly.
7532                  */
7533                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7534                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7535                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7536                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7537                                    pgdat->node_id, false);
7538                 if (!map)
7539                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7540                               size, pgdat->node_id);
7541                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7542         }
7543         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7544                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7545                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7546 #ifndef CONFIG_NUMA
7547         /*
7548          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7549          */
7550         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7551                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7552                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7553                         mem_map -= offset;
7554         }
7555 #endif
7556 }
7557 #else
7558 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7559 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7560
7561 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7562 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7563 {
7564         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7565 }
7566 #else
7567 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7568 #endif
7569
7570 static void __init free_area_init_node(int nid)
7571 {
7572         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7573         unsigned long start_pfn = 0;
7574         unsigned long end_pfn = 0;
7575
7576         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7577         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7578
7579         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7580
7581         pgdat->node_id = nid;
7582         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7583         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7584
7585         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7586                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7587                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7588         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7589
7590         alloc_node_mem_map(pgdat);
7591         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7592
7593         free_area_init_core(pgdat);
7594 }
7595
7596 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7597 {
7598         free_area_init_node(nid);
7599 }
7600
7601 #if MAX_NUMNODES > 1
7602 /*
7603  * Figure out the number of possible node ids.
7604  */
7605 void __init setup_nr_node_ids(void)
7606 {
7607         unsigned int highest;
7608
7609         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7610         nr_node_ids = highest + 1;
7611 }
7612 #endif
7613
7614 /**
7615  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7616  *
7617  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7618  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7619  * all the nodes.
7620  *
7621  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7622  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7623  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7624  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7625  *
7626  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7627  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7628  * populated node map.
7629  *
7630  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7631  * requirement (single node).
7632  */
7633 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7634 {
7635         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7636         unsigned long start, end, mask;
7637         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7638         int i, nid;
7639
7640         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7641                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7642                         last_nid = nid;
7643                         last_end = end;
7644                         continue;
7645                 }
7646
7647                 /*
7648                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7649                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7650                  * too coarse to separate the current node from the last.
7651                  */
7652                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7653                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7654                         mask <<= 1;
7655
7656                 /* accumulate all internode masks */
7657                 accl_mask |= mask;
7658         }
7659
7660         /* convert mask to number of pages */
7661         return ~accl_mask + 1;
7662 }
7663
7664 /**
7665  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7666  *
7667  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7668  * memblock_set_node().
7669  */
7670 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7671 {
7672         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7673 }
7674
7675 /*
7676  * early_calculate_totalpages()
7677  * Sum pages in active regions for movable zone.
7678  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7679  */
7680 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7681 {
7682         unsigned long totalpages = 0;
7683         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7684         int i, nid;
7685
7686         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7687                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7688
7689                 totalpages += pages;
7690                 if (pages)
7691                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7692         }
7693         return totalpages;
7694 }
7695
7696 /*
7697  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7698  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7699  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7700  * others
7701  */
7702 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7703 {
7704         int i, nid;
7705         unsigned long usable_startpfn;
7706         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7707         /* save the state before borrow the nodemask */
7708         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7709         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7710         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7711         struct memblock_region *r;
7712
7713         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7714         find_usable_zone_for_movable();
7715
7716         /*
7717          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7718          * options.
7719          */
7720         if (movable_node_is_enabled()) {
7721                 for_each_mem_region(r) {
7722                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7723                                 continue;
7724
7725                         nid = memblock_get_region_node(r);
7726
7727                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7728                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7729                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7730                                 usable_startpfn;
7731                 }
7732
7733                 goto out2;
7734         }
7735
7736         /*
7737          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7738          */
7739         if (mirrored_kernelcore) {
7740                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7741
7742                 for_each_mem_region(r) {
7743                         if (memblock_is_mirror(r))
7744                                 continue;
7745
7746                         nid = memblock_get_region_node(r);
7747
7748                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7749
7750                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7751                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7752                                 continue;
7753                         }
7754
7755                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7756                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7757                                 usable_startpfn;
7758                 }
7759
7760                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7761                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7762
7763                 goto out2;
7764         }
7765
7766         /*
7767          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7768          * amount of necessary memory.
7769          */
7770         if (required_kernelcore_percent)
7771                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7772                                        10000UL;
7773         if (required_movablecore_percent)
7774                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7775                                         10000UL;
7776
7777         /*
7778          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7779          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7780          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7781          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7782          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7783          * what movablecore would have allowed.
7784          */
7785         if (required_movablecore) {
7786                 unsigned long corepages;
7787
7788                 /*
7789                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7790                  * was requested by the user
7791                  */
7792                 required_movablecore =
7793                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7794                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7795                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7796
7797                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7798         }
7799
7800         /*
7801          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7802          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7803          */
7804         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7805                 goto out;
7806
7807         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7808         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7809
7810 restart:
7811         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7812         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7813         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7814                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7815
7816                 /*
7817                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7818                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7819                  * amount of memory for the kernel
7820                  */
7821                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7822                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7823
7824                 /*
7825                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7826                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7827                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7828                  */
7829                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7830
7831                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7832                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7833                         unsigned long size_pages;
7834
7835                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7836                         if (start_pfn >= end_pfn)
7837                                 continue;
7838
7839                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7840                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7841                                 unsigned long kernel_pages;
7842                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7843                                                                 - start_pfn;
7844
7845                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7846                                                         kernelcore_remaining);
7847                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7848                                                         required_kernelcore);
7849
7850                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7851                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7852
7853                                         /*
7854                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7855                                          * that if we have to rebalance
7856                                          * kernelcore across nodes, we will
7857                                          * not double account here
7858                                          */
7859                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7860                                         continue;
7861                                 }
7862                                 start_pfn = usable_startpfn;
7863                         }
7864
7865                         /*
7866                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7867                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7868                          * number of pages used as kernelcore
7869                          */
7870                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7871                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7872                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7873                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7874
7875                         /*
7876                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7877                          * break if the kernelcore for this node has been
7878                          * satisfied
7879                          */
7880                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7881                                                                 size_pages);
7882                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7883                         if (!kernelcore_remaining)
7884                                 break;
7885                 }
7886         }
7887
7888         /*
7889          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7890          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7891          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7892          * satisfied
7893          */
7894         usable_nodes--;
7895         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7896                 goto restart;
7897
7898 out2:
7899         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7900         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7901                 zone_movable_pfn[nid] =
7902                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7903
7904 out:
7905         /* restore the node_state */
7906         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7907 }
7908
7909 /* Any regular or high memory on that node ? */
7910 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7911 {
7912         enum zone_type zone_type;
7913
7914         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7915                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7916                 if (populated_zone(zone)) {
7917                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7918                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7919                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7920                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7921                         break;
7922                 }
7923         }
7924 }
7925
7926 /*
7927  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7928  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7929  */
7930 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7931 {
7932         return false;
7933 }
7934
7935 /**
7936  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7937  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7938  *
7939  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7940  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7941  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7942  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7943  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7944  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7945  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7946  * at arch_max_dma_pfn.
7947  */
7948 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7949 {
7950         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7951         int i, nid, zone;
7952         bool descending;
7953
7954         /* Record where the zone boundaries are */
7955         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7956                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7957         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7958                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7959
7960         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7961         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7962
7963         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7964                 if (descending)
7965                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7966                 else
7967                         zone = i;
7968
7969                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7970                         continue;
7971
7972                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7973                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7974                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7975
7976                 start_pfn = end_pfn;
7977         }
7978
7979         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7980         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7981         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7982
7983         /* Print out the zone ranges */
7984         pr_info("Zone ranges:\n");
7985         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7986                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7987                         continue;
7988                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7989                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7990                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7991                         pr_cont("empty\n");
7992                 else
7993                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7994                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7995                                         << PAGE_SHIFT,
7996                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7997                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7998         }
7999
8000         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8001         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8002         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8003                 if (zone_movable_pfn[i])
8004                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8005                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8006         }
8007
8008         /*
8009          * Print out the early node map, and initialize the
8010          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8011          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8012          */
8013         pr_info("Early memory node ranges\n");
8014         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8015                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8016                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8017                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8018                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8019         }
8020
8021         /* Initialise every node */
8022         mminit_verify_pageflags_layout();
8023         setup_nr_node_ids();
8024         for_each_online_node(nid) {
8025                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8026                 free_area_init_node(nid);
8027
8028                 /* Any memory on that node */
8029                 if (pgdat->node_present_pages)
8030                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8031                 check_for_memory(pgdat, nid);
8032         }
8033
8034         memmap_init();
8035 }
8036
8037 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8038                                      unsigned long *percent)
8039 {
8040         unsigned long long coremem;
8041         char *endptr;
8042
8043         if (!p)
8044                 return -EINVAL;
8045
8046         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8047         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8048         if (*endptr == '%') {
8049                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8050                 WARN_ON(coremem > 100);
8051
8052                 *percent = coremem;
8053         } else {
8054                 coremem = memparse(p, &p);
8055                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8056                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8057
8058                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8059                 *percent = 0UL;
8060         }
8061         return 0;
8062 }
8063
8064 /*
8065  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8066  * cannot be reclaimed or migrated.
8067  */
8068 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8069 {
8070         /* parse kernelcore=mirror */
8071         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8072                 mirrored_kernelcore = true;
8073                 return 0;
8074         }
8075
8076         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8077                                   &required_kernelcore_percent);
8078 }
8079
8080 /*
8081  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8082  * can be reclaimed or migrated.
8083  */
8084 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8085 {
8086         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8087                                   &required_movablecore_percent);
8088 }
8089
8090 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8091 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8092
8093 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8094 {
8095         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8096         totalram_pages_add(count);
8097 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8098         if (PageHighMem(page))
8099                 totalhigh_pages_add(count);
8100 #endif
8101 }
8102 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8103
8104 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8105 {
8106         void *pos;
8107         unsigned long pages = 0;
8108
8109         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8110         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8111         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8112                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8113                 void *direct_map_addr;
8114
8115                 /*
8116                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8117                  * because some architectures' virt_to_page()
8118                  * work with aliases.  Getting the direct map
8119                  * address ensures that we get a _writeable_
8120                  * alias for the memset().
8121                  */
8122                 direct_map_addr = page_address(page);
8123                 /*
8124                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8125                  * has not been initialized.
8126                  */
8127                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8128                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8129                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8130
8131                 free_reserved_page(page);
8132         }
8133
8134         if (pages && s)
8135                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8136                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8137
8138         return pages;
8139 }
8140
8141 void __init mem_init_print_info(void)
8142 {
8143         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8144         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8145
8146         physpages = get_num_physpages();
8147         codesize = _etext - _stext;
8148         datasize = _edata - _sdata;
8149         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8150         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8151         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8152         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8153
8154         /*
8155          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8156          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8157          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8158          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8159          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8160          */
8161 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8162         do { \
8163                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8164                         size -= adj; \
8165         } while (0)
8166
8167         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8168                      _sinittext, init_code_size);
8169         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8170         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8171         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8172         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8173
8174 #undef  adj_init_size
8175
8176         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8177 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8178                 ", %luK highmem"
8179 #endif
8180                 ")\n",
8181                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8182                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8183                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8184                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8185                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8186                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8187 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8188                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8189 #endif
8190                 );
8191 }
8192
8193 /**
8194  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8195  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8196  *
8197  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8198  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8199  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8200  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8201  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8202  * smaller per-cpu batchsize.
8203  */
8204 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8205 {
8206         dma_reserve = new_dma_reserve;
8207 }
8208
8209 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8210 {
8211         struct zone *zone;
8212
8213         lru_add_drain_cpu(cpu);
8214         drain_pages(cpu);
8215
8216         /*
8217          * Spill the event counters of the dead processor
8218          * into the current processors event counters.
8219          * This artificially elevates the count of the current
8220          * processor.
8221          */
8222         vm_events_fold_cpu(cpu);
8223
8224         /*
8225          * Zero the differential counters of the dead processor
8226          * so that the vm statistics are consistent.
8227          *
8228          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8229          * race with what we are doing.
8230          */
8231         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8232
8233         for_each_populated_zone(zone)
8234                 zone_pcp_update(zone, 0);
8235
8236         return 0;
8237 }
8238
8239 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8240 {
8241         struct zone *zone;
8242
8243         for_each_populated_zone(zone)
8244                 zone_pcp_update(zone, 1);
8245         return 0;
8246 }
8247
8248 #ifdef CONFIG_NUMA
8249 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8250
8251 static int __init set_hashdist(char *str)
8252 {
8253         if (!str)
8254                 return 0;
8255         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8256         return 1;
8257 }
8258 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8259 #endif
8260
8261 void __init page_alloc_init(void)
8262 {
8263         int ret;
8264
8265 #ifdef CONFIG_NUMA
8266         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8267                 hashdist = 0;
8268 #endif
8269
8270         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8271                                         "mm/page_alloc:pcp",
8272                                         page_alloc_cpu_online,
8273                                         page_alloc_cpu_dead);
8274         WARN_ON(ret < 0);
8275 }
8276
8277 /*
8278  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8279  *      or min_free_kbytes changes.
8280  */
8281 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8282 {
8283         struct pglist_data *pgdat;
8284         unsigned long reserve_pages = 0;
8285         enum zone_type i, j;
8286
8287         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8288
8289                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8290
8291                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8292                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8293                         long max = 0;
8294                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8295
8296                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8297                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8298                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8299                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8300                         }
8301
8302                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8303                         max += high_wmark_pages(zone);
8304
8305                         if (max > managed_pages)
8306                                 max = managed_pages;
8307
8308                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8309
8310                         reserve_pages += max;
8311                 }
8312         }
8313         totalreserve_pages = reserve_pages;
8314 }
8315
8316 /*
8317  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8318  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8319  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8320  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8321  */
8322 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8323 {
8324         struct pglist_data *pgdat;
8325         enum zone_type i, j;
8326
8327         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8328                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8329                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8330                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8331                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8332                         unsigned long managed_pages = 0;
8333
8334                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8335                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8336
8337                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8338
8339                                 if (clear)
8340                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8341                                 else
8342                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8343                         }
8344                 }
8345         }
8346
8347         /* update totalreserve_pages */
8348         calculate_totalreserve_pages();
8349 }
8350
8351 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8352 {
8353         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8354         unsigned long lowmem_pages = 0;
8355         struct zone *zone;
8356         unsigned long flags;
8357
8358         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8359         for_each_zone(zone) {
8360                 if (!is_highmem(zone))
8361                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8362         }
8363
8364         for_each_zone(zone) {
8365                 u64 tmp;
8366
8367                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8368                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8369                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8370                 if (is_highmem(zone)) {
8371                         /*
8372                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8373                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8374                          * value here.
8375                          *
8376                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8377                          * deltas control async page reclaim, and so should
8378                          * not be capped for highmem.
8379                          */
8380                         unsigned long min_pages;
8381
8382                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8383                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8384                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8385                 } else {
8386                         /*
8387                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8388                          * proportionate to the zone's size.
8389                          */
8390                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8391                 }
8392
8393                 /*
8394                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8395                  * scale factor in proportion to available memory, but
8396                  * ensure a minimum size on small systems.
8397                  */
8398                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8399                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8400                                       watermark_scale_factor, 10000));
8401
8402                 zone->watermark_boost = 0;
8403                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8404                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8405
8406                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8407         }
8408
8409         /* update totalreserve_pages */
8410         calculate_totalreserve_pages();
8411 }
8412
8413 /**
8414  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8415  * or when memory is hot-{added|removed}
8416  *
8417  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8418  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8419  */
8420 void setup_per_zone_wmarks(void)
8421 {
8422         struct zone *zone;
8423         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8424
8425         spin_lock(&lock);
8426         __setup_per_zone_wmarks();
8427         spin_unlock(&lock);
8428
8429         /*
8430          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8431          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8432          */
8433         for_each_zone(zone)
8434                 zone_pcp_update(zone, 0);
8435 }
8436
8437 /*
8438  * Initialise min_free_kbytes.
8439  *
8440  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8441  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8442  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8443  *
8444  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8445  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8446  *
8447  * which yields
8448  *
8449  * 16MB:        512k
8450  * 32MB:        724k
8451  * 64MB:        1024k
8452  * 128MB:       1448k
8453  * 256MB:       2048k
8454  * 512MB:       2896k
8455  * 1024MB:      4096k
8456  * 2048MB:      5792k
8457  * 4096MB:      8192k
8458  * 8192MB:      11584k
8459  * 16384MB:     16384k
8460  */
8461 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8462 {
8463         unsigned long lowmem_kbytes;
8464         int new_min_free_kbytes;
8465
8466         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8467         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8468
8469         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8470                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8471                 if (min_free_kbytes < 128)
8472                         min_free_kbytes = 128;
8473                 if (min_free_kbytes > 262144)
8474                         min_free_kbytes = 262144;
8475         } else {
8476                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8477                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8478         }
8479         setup_per_zone_wmarks();
8480         refresh_zone_stat_thresholds();
8481         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8482
8483 #ifdef CONFIG_NUMA
8484         setup_min_unmapped_ratio();
8485         setup_min_slab_ratio();
8486 #endif
8487
8488         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8489
8490         return 0;
8491 }
8492 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8493
8494 /*
8495  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8496  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8497  *      changes.
8498  */
8499 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8500                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8501 {
8502         int rc;
8503
8504         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8505         if (rc)
8506                 return rc;
8507
8508         if (write) {
8509                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8510                 setup_per_zone_wmarks();
8511         }
8512         return 0;
8513 }
8514
8515 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8516                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8517 {
8518         int rc;
8519
8520         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8521         if (rc)
8522                 return rc;
8523
8524         if (write)
8525                 setup_per_zone_wmarks();
8526
8527         return 0;
8528 }
8529
8530 #ifdef CONFIG_NUMA
8531 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8532 {
8533         pg_data_t *pgdat;
8534         struct zone *zone;
8535
8536         for_each_online_pgdat(pgdat)
8537                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8538
8539         for_each_zone(zone)
8540                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8541                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8542 }
8543
8544
8545 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8546                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8547 {
8548         int rc;
8549
8550         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8551         if (rc)
8552                 return rc;
8553
8554         setup_min_unmapped_ratio();
8555
8556         return 0;
8557 }
8558
8559 static void setup_min_slab_ratio(void)
8560 {
8561         pg_data_t *pgdat;
8562         struct zone *zone;
8563
8564         for_each_online_pgdat(pgdat)
8565                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8566
8567         for_each_zone(zone)
8568                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8569                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8570 }
8571
8572 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8573                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8574 {
8575         int rc;
8576
8577         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8578         if (rc)
8579                 return rc;
8580
8581         setup_min_slab_ratio();
8582
8583         return 0;
8584 }
8585 #endif
8586
8587 /*
8588  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8589  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8590  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8591  *
8592  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8593  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8594  * if in function of the boot time zone sizes.
8595  */
8596 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8597                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8598 {
8599         int i;
8600
8601         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8602
8603         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8604                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8605                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8606         }
8607
8608         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8609         return 0;
8610 }
8611
8612 /*
8613  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8614  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8615  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8616  */
8617 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8618                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8619 {
8620         struct zone *zone;
8621         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8622         int ret;
8623
8624         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8625         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8626
8627         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8628         if (!write || ret < 0)
8629                 goto out;
8630
8631         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8632         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8633             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8634                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8635                 ret = -EINVAL;
8636                 goto out;
8637         }
8638
8639         /* No change? */
8640         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8641                 goto out;
8642
8643         for_each_populated_zone(zone)
8644                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8645 out:
8646         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8647         return ret;
8648 }
8649
8650 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8651 /*
8652  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8653  * is not known to alloc_large_system_hash().
8654  */
8655 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8656 {
8657         return 0;
8658 }
8659 #endif
8660
8661 /*
8662  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8663  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8664  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8665  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8666  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8667  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8668  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8669  */
8670 #if __BITS_PER_LONG > 32
8671 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8672 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8673 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8674 #endif
8675
8676 /*
8677  * allocate a large system hash table from bootmem
8678  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8679  *   quantity of entries
8680  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8681  */
8682 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8683                                      unsigned long bucketsize,
8684                                      unsigned long numentries,
8685                                      int scale,
8686                                      int flags,
8687                                      unsigned int *_hash_shift,
8688                                      unsigned int *_hash_mask,
8689                                      unsigned long low_limit,
8690                                      unsigned long high_limit)
8691 {
8692         unsigned long long max = high_limit;
8693         unsigned long log2qty, size;
8694         void *table = NULL;
8695         gfp_t gfp_flags;
8696         bool virt;
8697         bool huge;
8698
8699         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8700         if (!numentries) {
8701                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8702                 numentries = nr_kernel_pages;
8703                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8704
8705                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8706                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8707                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8708
8709 #if __BITS_PER_LONG > 32
8710                 if (!high_limit) {
8711                         unsigned long adapt;
8712
8713                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8714                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8715                                 scale++;
8716                 }
8717 #endif
8718
8719                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8720                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8721                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8722                 else
8723                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8724
8725                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8726                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8727                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8728                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8729                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8730                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8731                                 BUG_ON(!numentries);
8732                         }
8733                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8734                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8735         }
8736         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8737
8738         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8739         if (max == 0) {
8740                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8741                 do_div(max, bucketsize);
8742         }
8743         max = min(max, 0x80000000ULL);
8744
8745         if (numentries < low_limit)
8746                 numentries = low_limit;
8747         if (numentries > max)
8748                 numentries = max;
8749
8750         log2qty = ilog2(numentries);
8751
8752         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8753         do {
8754                 virt = false;
8755                 size = bucketsize << log2qty;
8756                 if (flags & HASH_EARLY) {
8757                         if (flags & HASH_ZERO)
8758                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8759                         else
8760                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8761                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8762                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8763                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8764                         virt = true;
8765                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8766                 } else {
8767                         /*
8768                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8769                          * some pages at the end of hash table which
8770                          * alloc_pages_exact() automatically does
8771                          */
8772                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8773                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8774                 }
8775         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8776
8777         if (!table)
8778                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8779
8780         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8781                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8782                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8783
8784         if (_hash_shift)
8785                 *_hash_shift = log2qty;
8786         if (_hash_mask)
8787                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8788
8789         return table;
8790 }
8791
8792 /*
8793  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8794  *
8795  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8796  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8797  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8798  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8799  *
8800  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8801  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8802  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8803  *
8804  */
8805 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8806                                  int migratetype, int flags)
8807 {
8808         unsigned long iter = 0;
8809         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8810         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8811
8812         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8813                 /*
8814                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8815                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8816                  * so consider them movable here.
8817                  */
8818                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8819                         return NULL;
8820
8821                 return page;
8822         }
8823
8824         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8825                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8826
8827                 /*
8828                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8829                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8830                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8831                  * specifying "movablecore".
8832                  */
8833                 if (PageReserved(page))
8834                         return page;
8835
8836                 /*
8837                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8838                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8839                  * is movable.
8840                  */
8841                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8842                         continue;
8843
8844                 /*
8845                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8846                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8847                  * We need not scan over tail pages because we don't
8848                  * handle each tail page individually in migration.
8849                  */
8850                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8851                         struct page *head = compound_head(page);
8852                         unsigned int skip_pages;
8853
8854                         if (PageHuge(page)) {
8855                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8856                                         return page;
8857                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8858                                 return page;
8859                         }
8860
8861                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8862                         iter += skip_pages - 1;
8863                         continue;
8864                 }
8865
8866                 /*
8867                  * We can't use page_count without pin a page
8868                  * because another CPU can free compound page.
8869                  * This check already skips compound tails of THP
8870                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8871                  */
8872                 if (!page_ref_count(page)) {
8873                         if (PageBuddy(page))
8874                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8875                         continue;
8876                 }
8877
8878                 /*
8879                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8880                  * page_count() is not 0.
8881                  */
8882                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8883                         continue;
8884
8885                 /*
8886                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8887                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8888                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8889                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8890                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8891                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8892                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8893                  * (false negatives in this function only)
8894                  */
8895                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8896                         continue;
8897
8898                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8899                         continue;
8900
8901                 /*
8902                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8903                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8904                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8905                  */
8906                 return page;
8907         }
8908         return NULL;
8909 }
8910
8911 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8912 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8913 {
8914         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8915                              pageblock_nr_pages) - 1);
8916 }
8917
8918 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8919 {
8920         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8921                                 pageblock_nr_pages));
8922 }
8923
8924 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8925         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8926 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8927 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8928 {
8929         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8930
8931         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8932                 struct page *page;
8933
8934                 dump_stack();
8935                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8936                         dump_page(page, "migration failure");
8937         }
8938 }
8939 #else
8940 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8941 {
8942 }
8943 #endif
8944
8945 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8946 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8947                                         unsigned long start, unsigned long end)
8948 {
8949         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8950         unsigned int nr_reclaimed;
8951         unsigned long pfn = start;
8952         unsigned int tries = 0;
8953         int ret = 0;
8954         struct migration_target_control mtc = {
8955                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8956                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8957         };
8958
8959         lru_cache_disable();
8960
8961         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8962                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8963                         ret = -EINTR;
8964                         break;
8965                 }
8966
8967                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8968                         cc->nr_migratepages = 0;
8969                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8970                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8971                                 break;
8972                         pfn = cc->migrate_pfn;
8973                         tries = 0;
8974                 } else if (++tries == 5) {
8975                         ret = -EBUSY;
8976                         break;
8977                 }
8978
8979                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8980                                                         &cc->migratepages);
8981                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8982
8983                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8984                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
8985
8986                 /*
8987                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8988                  * to retry again over this error, so do the same here.
8989                  */
8990                 if (ret == -ENOMEM)
8991                         break;
8992         }
8993
8994         lru_cache_enable();
8995         if (ret < 0) {
8996                 if (ret == -EBUSY)
8997                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8998                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8999                 return ret;
9000         }
9001         return 0;
9002 }
9003
9004 /**
9005  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9006  * @start:      start PFN to allocate
9007  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9008  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9009  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9010  *                      in range must have the same migratetype and it must
9011  *                      be either of the two.
9012  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9013  *
9014  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9015  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9016  *
9017  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9018  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9019  * be modified by others.
9020  *
9021  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9022  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9023  * need to be freed with free_contig_range().
9024  */
9025 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9026                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9027 {
9028         unsigned long outer_start, outer_end;
9029         unsigned int order;
9030         int ret = 0;
9031
9032         struct compact_control cc = {
9033                 .nr_migratepages = 0,
9034                 .order = -1,
9035                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9036                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9037                 .ignore_skip_hint = true,
9038                 .no_set_skip_hint = true,
9039                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9040                 .alloc_contig = true,
9041         };
9042         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9043
9044         /*
9045          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9046          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9047          * have different sizes, and due to the way page allocator
9048          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9049          * that page allocator won't try to merge buddies from
9050          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9051          * other migration type.
9052          *
9053          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9054          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9055          * we are interested in).  This will put all the pages in
9056          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9057          *
9058          * When this is done, we take the pages in range from page
9059          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9060          * page allocator will never consider using them.
9061          *
9062          * This lets us mark the pageblocks back as
9063          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9064          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9065          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9066          */
9067
9068         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9069                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9070         if (ret)
9071                 return ret;
9072
9073         drain_all_pages(cc.zone);
9074
9075         /*
9076          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9077          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9078          * which will report the busy page.
9079          *
9080          * It is possible that busy pages could become available before
9081          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9082          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9083          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9084          */
9085         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9086         if (ret && ret != -EBUSY)
9087                 goto done;
9088         ret = 0;
9089
9090         /*
9091          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9092          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9093          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9094          * What we are going to do is to allocate all pages from
9095          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9096          *
9097          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9098          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9099          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9100          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9101          * once this is done free the pages we are not interested in.
9102          *
9103          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9104          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9105          */
9106
9107         order = 0;
9108         outer_start = start;
9109         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9110                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9111                         outer_start = start;
9112                         break;
9113                 }
9114                 outer_start &= ~0UL << order;
9115         }
9116
9117         if (outer_start != start) {
9118                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9119
9120                 /*
9121                  * outer_start page could be small order buddy page and
9122                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9123                  * in this case to report failed page properly
9124                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9125                  */
9126                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9127                         outer_start = start;
9128         }
9129
9130         /* Make sure the range is really isolated. */
9131         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9132                 ret = -EBUSY;
9133                 goto done;
9134         }
9135
9136         /* Grab isolated pages from freelists. */
9137         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9138         if (!outer_end) {
9139                 ret = -EBUSY;
9140                 goto done;
9141         }
9142
9143         /* Free head and tail (if any) */
9144         if (start != outer_start)
9145                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9146         if (end != outer_end)
9147                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9148
9149 done:
9150         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9151                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9152         return ret;
9153 }
9154 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9155
9156 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9157                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9158 {
9159         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9160
9161         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9162                                   gfp_mask);
9163 }
9164
9165 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9166                                    unsigned long nr_pages)
9167 {
9168         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9169         struct page *page;
9170
9171         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9172                 page = pfn_to_online_page(i);
9173                 if (!page)
9174                         return false;
9175
9176                 if (page_zone(page) != z)
9177                         return false;
9178
9179                 if (PageReserved(page))
9180                         return false;
9181         }
9182         return true;
9183 }
9184
9185 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9186                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9187 {
9188         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9189
9190         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9191 }
9192
9193 /**
9194  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9195  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9196  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9197  * @nid:        Target node
9198  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9199  *
9200  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9201  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9202  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9203  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9204  *
9205  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9206  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9207  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9208  *
9209  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9210  * __free_page() on each allocated page.
9211  *
9212  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9213  */
9214 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9215                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9216 {
9217         unsigned long ret, pfn, flags;
9218         struct zonelist *zonelist;
9219         struct zone *zone;
9220         struct zoneref *z;
9221
9222         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9223         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9224                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9225                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9226
9227                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9228                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9229                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9230                                 /*
9231                                  * We release the zone lock here because
9232                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9233                                  * at some point. If there's an allocation
9234                                  * spinning on this lock, it may win the race
9235                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9236                                  */
9237                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9238                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9239                                                         gfp_mask);
9240                                 if (!ret)
9241                                         return pfn_to_page(pfn);
9242                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9243                         }
9244                         pfn += nr_pages;
9245                 }
9246                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9247         }
9248         return NULL;
9249 }
9250 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9251
9252 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9253 {
9254         unsigned long count = 0;
9255
9256         for (; nr_pages--; pfn++) {
9257                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9258
9259                 count += page_count(page) != 1;
9260                 __free_page(page);
9261         }
9262         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9263 }
9264 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9265
9266 /*
9267  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9268  * page high values need to be recalculated.
9269  */
9270 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9271 {
9272         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9273         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9274         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9275 }
9276
9277 /*
9278  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9279  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9280  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9281  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9282  *
9283  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9284  */
9285 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9286 {
9287         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9288         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9289         __drain_all_pages(zone, true);
9290 }
9291
9292 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9293 {
9294         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9295         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9296 }
9297
9298 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9299 {
9300         int cpu;
9301         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9302
9303         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9304                 for_each_online_cpu(cpu) {
9305                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9306                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9307                 }
9308                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9309                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9310                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9311                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9312         }
9313 }
9314
9315 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9316 /*
9317  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9318  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9319  */
9320 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9321 {
9322         unsigned long pfn = start_pfn;
9323         struct page *page;
9324         struct zone *zone;
9325         unsigned int order;
9326         unsigned long flags;
9327
9328         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9329         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9330         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9331         while (pfn < end_pfn) {
9332                 page = pfn_to_page(pfn);
9333                 /*
9334                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9335                  * page_count() is not 0.
9336                  */
9337                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9338                         pfn++;
9339                         continue;
9340                 }
9341                 /*
9342                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9343                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9344                  */
9345                 if (PageOffline(page)) {
9346                         BUG_ON(page_count(page));
9347                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9348                         pfn++;
9349                         continue;
9350                 }
9351
9352                 BUG_ON(page_count(page));
9353                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9354                 order = buddy_order(page);
9355                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9356                 pfn += (1 << order);
9357         }
9358         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9359 }
9360 #endif
9361
9362 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9363 {
9364         struct zone *zone = page_zone(page);
9365         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9366         unsigned long flags;
9367         unsigned int order;
9368
9369         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9370         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9371                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9372
9373                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9374                         break;
9375         }
9376         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9377
9378         return order < MAX_ORDER;
9379 }
9380
9381 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9382 /*
9383  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9384  * buddy allocator.
9385  */
9386 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9387                                    struct page *target, int low, int high,
9388                                    int migratetype)
9389 {
9390         unsigned long size = 1 << high;
9391         struct page *current_buddy, *next_page;
9392
9393         while (high > low) {
9394                 high--;
9395                 size >>= 1;
9396
9397                 if (target >= &page[size]) {
9398                         next_page = page + size;
9399                         current_buddy = page;
9400                 } else {
9401                         next_page = page;
9402                         current_buddy = page + size;
9403                 }
9404
9405                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9406                         continue;
9407
9408                 if (current_buddy != target) {
9409                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9410                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9411                         page = next_page;
9412                 }
9413         }
9414 }
9415
9416 /*
9417  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9418  */
9419 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9420 {
9421         struct zone *zone = page_zone(page);
9422         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9423         unsigned long flags;
9424         unsigned int order;
9425         bool ret = false;
9426
9427         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9428         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9429                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9430                 int page_order = buddy_order(page_head);
9431
9432                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9433                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9434                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9435                                                                    pfn_head);
9436
9437                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9438                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9439                                                 page_order, migratetype);
9440                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9441                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9442                         ret = true;
9443                         break;
9444                 }
9445                 if (page_count(page_head) > 0)
9446                         break;
9447         }
9448         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9449         return ret;
9450 }
9451 #endif