Merge "kfence: Use pt_regs to generate stack trace on faults" into tizen
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/local_lock.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
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 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
111 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
112 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
113
114 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
115 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
116 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
117 #endif
118
119 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
120
121 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
122 /*
123  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
124  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
125  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
126  * defined in <linux/topology.h>.
127  */
128 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
129 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
130 #endif
131
132 /* work_structs for global per-cpu drains */
133 struct pcpu_drain {
134         struct zone *zone;
135         struct work_struct work;
136 };
137 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
138 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
139
140 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
141 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
142 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
143 #endif
144
145 /*
146  * Array of node states.
147  */
148 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
149         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
150         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
151 #ifndef CONFIG_NUMA
152         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
153 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
154         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
155 #endif
156         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
157         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
158 #endif  /* NUMA */
159 };
160 EXPORT_SYMBOL(node_states);
161
162 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
163 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
164 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
165 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
166
167 int percpu_pagelist_fraction;
168 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
169 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
170 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
171 #else
172 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
173 #endif
174 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
175
176 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
177 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
178 #else
179 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
180 #endif
181 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
182
183 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
184 {
185         int ret;
186         bool bool_result;
187
188         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
189         if (ret)
190                 return ret;
191         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
192                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
193         if (bool_result)
194                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
195         else
196                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
197         return 0;
198 }
199 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
200
201 static int __init early_init_on_free(char *buf)
202 {
203         int ret;
204         bool bool_result;
205
206         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
207         if (ret)
208                 return ret;
209         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
210                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
211         if (bool_result)
212                 static_branch_enable(&init_on_free);
213         else
214                 static_branch_disable(&init_on_free);
215         return 0;
216 }
217 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
218
219 /*
220  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
221  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
222  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
223  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
224  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
225  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
226  */
227 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
228 {
229         return page->index;
230 }
231
232 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
233 {
234         page->index = migratetype;
235 }
236
237 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
238 /*
239  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
240  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
241  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
242  * they should always be called with system_transition_mutex held
243  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
244  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
245  * with that modification).
246  */
247
248 static gfp_t saved_gfp_mask;
249
250 void pm_restore_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         if (saved_gfp_mask) {
254                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
255                 saved_gfp_mask = 0;
256         }
257 }
258
259 void pm_restrict_gfp_mask(void)
260 {
261         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
262         WARN_ON(saved_gfp_mask);
263         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
264         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
265 }
266
267 bool pm_suspended_storage(void)
268 {
269         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
270                 return false;
271         return true;
272 }
273 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
274
275 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
276 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
277 #endif
278
279 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
280                             fpi_t fpi_flags);
281
282 /*
283  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
284  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
285  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
286  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
287  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
288  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
289  *
290  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
291  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
292  */
293 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
294 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
295         [ZONE_DMA] = 256,
296 #endif
297 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
298         [ZONE_DMA32] = 256,
299 #endif
300         [ZONE_NORMAL] = 32,
301 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
302         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
303 #endif
304         [ZONE_MOVABLE] = 0,
305 };
306
307 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
308 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
309          "DMA",
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
312          "DMA32",
313 #endif
314          "Normal",
315 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
316          "HighMem",
317 #endif
318          "Movable",
319 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
320          "Device",
321 #endif
322 };
323
324 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
325         "Unmovable",
326         "Movable",
327         "Reclaimable",
328         "HighAtomic",
329 #ifdef CONFIG_CMA
330         "CMA",
331 #endif
332 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
333         "Isolate",
334 #endif
335 };
336
337 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
338         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
339         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
340 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
341         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
342 #endif
343 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
344         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
345 #endif
346 };
347
348 int min_free_kbytes = 1024;
349 int user_min_free_kbytes = -1;
350 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
351 /*
352  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
353  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
354  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
355  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
356  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
357  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
358  * fragmentation avoidance.
359  */
360 int watermark_boost_factor __read_mostly;
361 #else
362 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
363 #endif
364 int watermark_scale_factor = 10;
365
366 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
367 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
368 static unsigned long dma_reserve __initdata;
369
370 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
371 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
372 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
373 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
374 static unsigned long required_movablecore __initdata;
375 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
376 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
377 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
378
379 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
380 int movable_zone;
381 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
382
383 #if MAX_NUMNODES > 1
384 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
385 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
386 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
387 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
388 #endif
389
390 struct pa_lock {
391         local_lock_t l;
392 };
393 static DEFINE_PER_CPU(struct pa_lock, pa_lock) = {
394         .l      = INIT_LOCAL_LOCK(l),
395 };
396
397 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
398
399 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
400 /*
401  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
402  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
403  * and we can permanently disable that path.
404  */
405 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
406
407 /*
408  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
409  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
410  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
411  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
412  *
413  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
414  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
415  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
416  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
417  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
418  * initialization is done, but this is not likely to happen.
419  */
420 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
421 {
422         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
423                 kasan_free_pages(page, order);
424 }
425
426 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
427 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
428 {
429         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
430
431         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
432                 return true;
433
434         return false;
435 }
436
437 /*
438  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
439  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
440  */
441 static bool __meminit
442 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
445
446         /*
447          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
448          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
449          */
450         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
451                 prev_end_pfn = end_pfn;
452                 nr_initialised = 0;
453         }
454
455         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
456         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
457                 return false;
458
459         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
460                 return true;
461         /*
462          * We start only with one section of pages, more pages are added as
463          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
464          */
465         nr_initialised++;
466         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
467             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
468                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
469                 return true;
470         }
471         return false;
472 }
473 #else
474 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
475
476 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
477 {
478         return false;
479 }
480
481 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
482 {
483         return false;
484 }
485 #endif
486
487 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
488 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
489                                                         unsigned long pfn)
490 {
491 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
492         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
493 #else
494         return page_zone(page)->pageblock_flags;
495 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
496 }
497
498 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
499 {
500 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
501         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
502 #else
503         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
504 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
505         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
506 }
507
508 /**
509  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
510  * @page: The page within the block of interest
511  * @pfn: The target page frame number
512  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
513  *
514  * Return: pageblock_bits flags
515  */
516 static __always_inline
517 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long mask)
520 {
521         unsigned long *bitmap;
522         unsigned long bitidx, word_bitidx;
523         unsigned long word;
524
525         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
526         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
527         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
528         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
529
530         word = bitmap[word_bitidx];
531         return (word >> bitidx) & mask;
532 }
533
534 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
535                                         unsigned long mask)
536 {
537         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
538 }
539
540 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
541 {
542         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
543 }
544
545 /**
546  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
547  * @page: The page within the block of interest
548  * @flags: The flags to set
549  * @pfn: The target page frame number
550  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
551  */
552 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
553                                         unsigned long pfn,
554                                         unsigned long mask)
555 {
556         unsigned long *bitmap;
557         unsigned long bitidx, word_bitidx;
558         unsigned long old_word, word;
559
560         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
561         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
562
563         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
564         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
565         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
566         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
567
568         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
569
570         mask <<= bitidx;
571         flags <<= bitidx;
572
573         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
574         for (;;) {
575                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
576                 if (word == old_word)
577                         break;
578                 word = old_word;
579         }
580 }
581
582 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
583 {
584         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
585                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
586                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
587
588         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
589                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
590 }
591
592 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
593 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
594 {
595         int ret = 0;
596         unsigned seq;
597         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
598         unsigned long sp, start_pfn;
599
600         do {
601                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
602                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
603                 sp = zone->spanned_pages;
604                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
605                         ret = 1;
606         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
607
608         if (ret)
609                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
610                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
611                         start_pfn, start_pfn + sp);
612
613         return ret;
614 }
615
616 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
617 {
618         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
619                 return 0;
620         if (zone != page_zone(page))
621                 return 0;
622
623         return 1;
624 }
625 /*
626  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
627  */
628 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
629 {
630         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
631                 return 1;
632         if (!page_is_consistent(zone, page))
633                 return 1;
634
635         return 0;
636 }
637 #else
638 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
639 {
640         return 0;
641 }
642 #endif
643
644 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
645 {
646         static unsigned long resume;
647         static unsigned long nr_shown;
648         static unsigned long nr_unshown;
649
650         /*
651          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
652          * or allow a steady drip of one report per second.
653          */
654         if (nr_shown == 60) {
655                 if (time_before(jiffies, resume)) {
656                         nr_unshown++;
657                         goto out;
658                 }
659                 if (nr_unshown) {
660                         pr_alert(
661                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
662                                 nr_unshown);
663                         nr_unshown = 0;
664                 }
665                 nr_shown = 0;
666         }
667         if (nr_shown++ == 0)
668                 resume = jiffies + 60 * HZ;
669
670         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
671                 current->comm, page_to_pfn(page));
672         __dump_page(page, reason);
673         dump_page_owner(page);
674
675         print_modules();
676         dump_stack();
677 out:
678         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
679         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
680         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
681 }
682
683 /*
684  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
685  *
686  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
687  *
688  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
689  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
690  *
691  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
692  * page destructors. See compound_page_dtors.
693  *
694  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
695  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
696  */
697
698 void free_compound_page(struct page *page)
699 {
700         mem_cgroup_uncharge(page);
701         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
702 }
703
704 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
705 {
706         int i;
707         int nr_pages = 1 << order;
708
709         __SetPageHead(page);
710         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
711                 struct page *p = page + i;
712                 set_page_count(p, 0);
713                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
714                 set_compound_head(p, page);
715         }
716
717         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
718         set_compound_order(page, order);
719         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
720         if (hpage_pincount_available(page))
721                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
722 }
723
724 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
725 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
726
727 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
728                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
729 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
730 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
731 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
732
733 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
734
735 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
736 {
737         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
738 }
739 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
740
741 void init_debug_pagealloc(void)
742 {
743         if (!debug_pagealloc_enabled())
744                 return;
745
746         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
747
748         if (!debug_guardpage_minorder())
749                 return;
750
751         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
752 }
753
754 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
755 {
756         unsigned long res;
757
758         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
759                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
760                 return 0;
761         }
762         _debug_guardpage_minorder = res;
763         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
764         return 0;
765 }
766 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
767
768 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
769                                 unsigned int order, int migratetype)
770 {
771         if (!debug_guardpage_enabled())
772                 return false;
773
774         if (order >= debug_guardpage_minorder())
775                 return false;
776
777         __SetPageGuard(page);
778         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
779         set_page_private(page, order);
780         /* Guard pages are not available for any usage */
781         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
782
783         return true;
784 }
785
786 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
787                                 unsigned int order, int migratetype)
788 {
789         if (!debug_guardpage_enabled())
790                 return;
791
792         __ClearPageGuard(page);
793
794         set_page_private(page, 0);
795         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
796                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
797 }
798 #else
799 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
801 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
802                                 unsigned int order, int migratetype) {}
803 #endif
804
805 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
806 {
807         set_page_private(page, order);
808         __SetPageBuddy(page);
809 }
810
811 /*
812  * This function checks whether a page is free && is the buddy
813  * we can coalesce a page and its buddy if
814  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
815  * (b) the buddy is in the buddy system &&
816  * (c) a page and its buddy have the same order &&
817  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
818  *
819  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
820  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
821  *
822  * For recording page's order, we use page_private(page).
823  */
824 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
825                                                         unsigned int order)
826 {
827         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
828                 return false;
829
830         if (buddy_order(buddy) != order)
831                 return false;
832
833         /*
834          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
835          * zone/node ids for pages that could never merge.
836          */
837         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
838                 return false;
839
840         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
841
842         return true;
843 }
844
845 #ifdef CONFIG_COMPACTION
846 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
847 {
848         struct capture_control *capc = current->capture_control;
849
850         return unlikely(capc) &&
851                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
852                 !capc->page &&
853                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
854 }
855
856 static inline bool
857 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
858                    int order, int migratetype)
859 {
860         if (!capc || order != capc->cc->order)
861                 return false;
862
863         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
864         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
865             is_migrate_isolate(migratetype))
866                 return false;
867
868         /*
869          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
870          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
871          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
872          * have trouble finding a high-order free page.
873          */
874         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
875                 return false;
876
877         capc->page = page;
878         return true;
879 }
880
881 #else
882 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
883 {
884         return NULL;
885 }
886
887 static inline bool
888 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
889                    int order, int migratetype)
890 {
891         return false;
892 }
893 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
894
895 /* Used for pages not on another list */
896 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
897                                     unsigned int order, int migratetype)
898 {
899         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
900
901         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
902         area->nr_free++;
903 }
904
905 /* Used for pages not on another list */
906 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
907                                          unsigned int order, int migratetype)
908 {
909         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
910
911         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
912         area->nr_free++;
913 }
914
915 /*
916  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
917  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
918  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
919  */
920 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
921                                      unsigned int order, int migratetype)
922 {
923         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
924
925         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
926 }
927
928 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
929                                            unsigned int order)
930 {
931         /* clear reported state and update reported page count */
932         if (page_reported(page))
933                 __ClearPageReported(page);
934
935         list_del(&page->lru);
936         __ClearPageBuddy(page);
937         set_page_private(page, 0);
938         zone->free_area[order].nr_free--;
939 }
940
941 /*
942  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
943  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
944  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
945  * that is happening, add the free page to the tail of the list
946  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
947  * as a higher order page
948  */
949 static inline bool
950 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
951                    struct page *page, unsigned int order)
952 {
953         struct page *higher_page, *higher_buddy;
954         unsigned long combined_pfn;
955
956         if (order >= MAX_ORDER - 2)
957                 return false;
958
959         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
960                 return false;
961
962         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
963         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
964         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
965         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
966
967         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
968                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
969 }
970
971 /*
972  * Freeing function for a buddy system allocator.
973  *
974  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
975  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
976  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
977  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
978  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
979  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
980  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
981  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
982  * parts of the VM system.
983  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
984  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
985  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
986  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
987  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
988  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
989  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
990  * triggers coalescing into a block of larger size.
991  *
992  * -- nyc
993  */
994
995 static inline void __free_one_page(struct page *page,
996                 unsigned long pfn,
997                 struct zone *zone, unsigned int order,
998                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
999 {
1000         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1001         unsigned long buddy_pfn;
1002         unsigned long combined_pfn;
1003         unsigned int max_order;
1004         struct page *buddy;
1005         bool to_tail;
1006
1007         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1008
1009         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1010         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1011
1012         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1013         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1014                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1015
1016         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1017         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1018
1019 continue_merging:
1020         while (order < max_order) {
1021                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1022                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1023                                                                 migratetype);
1024                         return;
1025                 }
1026                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1027                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1028
1029                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1030                         goto done_merging;
1031                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1032                         goto done_merging;
1033                 /*
1034                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1035                  * merge with it and move up one order.
1036                  */
1037                 if (page_is_guard(buddy))
1038                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1039                 else
1040                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1041                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1042                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1043                 pfn = combined_pfn;
1044                 order++;
1045         }
1046         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1047                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1048                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1049                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1050                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1051                  *
1052                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1053                  * low-order merging.
1054                  */
1055                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1056                         int buddy_mt;
1057
1058                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1059                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1060                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1061
1062                         if (migratetype != buddy_mt
1063                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1064                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1065                                 goto done_merging;
1066                 }
1067                 max_order = order + 1;
1068                 goto continue_merging;
1069         }
1070
1071 done_merging:
1072         set_buddy_order(page, order);
1073
1074         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1075                 to_tail = true;
1076         else if (is_shuffle_order(order))
1077                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1078         else
1079                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1080
1081         if (to_tail)
1082                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1083         else
1084                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1085
1086         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1087         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1088                 page_reporting_notify_free(order);
1089 }
1090
1091 /*
1092  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1093  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1094  * check if necessary.
1095  */
1096 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1097                                         unsigned long check_flags)
1098 {
1099         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1100                 return false;
1101
1102         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1103                         page_ref_count(page) |
1104 #ifdef CONFIG_MEMCG
1105                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1106 #endif
1107                         (page->flags & check_flags)))
1108                 return false;
1109
1110         return true;
1111 }
1112
1113 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1114 {
1115         const char *bad_reason = NULL;
1116
1117         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1118                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1119         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1120                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1121         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1122                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1123         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1124                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1125                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1126                 else
1127                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1128         }
1129 #ifdef CONFIG_MEMCG
1130         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1131                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1132 #endif
1133         return bad_reason;
1134 }
1135
1136 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1137 {
1138         bad_page(page,
1139                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1140 }
1141
1142 static inline int check_free_page(struct page *page)
1143 {
1144         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1145                 return 0;
1146
1147         /* Something has gone sideways, find it */
1148         check_free_page_bad(page);
1149         return 1;
1150 }
1151
1152 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1153 {
1154         int ret = 1;
1155
1156         /*
1157          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1158          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1159          */
1160         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1161
1162         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1163                 ret = 0;
1164                 goto out;
1165         }
1166         switch (page - head_page) {
1167         case 1:
1168                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1169                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1170                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1171                         goto out;
1172                 }
1173                 break;
1174         case 2:
1175                 /*
1176                  * the second tail page: ->mapping is
1177                  * deferred_list.next -- ignore value.
1178                  */
1179                 break;
1180         default:
1181                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1182                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1183                         goto out;
1184                 }
1185                 break;
1186         }
1187         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1188                 bad_page(page, "PageTail not set");
1189                 goto out;
1190         }
1191         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1192                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1193                 goto out;
1194         }
1195         ret = 0;
1196 out:
1197         page->mapping = NULL;
1198         clear_compound_head(page);
1199         return ret;
1200 }
1201
1202 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1203 {
1204         int i;
1205
1206         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1207         kasan_disable_current();
1208         for (i = 0; i < numpages; i++)
1209                 clear_highpage(page + i);
1210         kasan_enable_current();
1211 }
1212
1213 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1214                                         unsigned int order, bool check_free)
1215 {
1216         int bad = 0;
1217
1218         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1219
1220         trace_mm_page_free(page, order);
1221
1222         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1223                 /*
1224                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1225                  * Untie memcg state and reset page's owner
1226                  */
1227                 if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1228                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1229                 reset_page_owner(page, order);
1230                 return false;
1231         }
1232
1233         /*
1234          * Check tail pages before head page information is cleared to
1235          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1236          */
1237         if (unlikely(order)) {
1238                 bool compound = PageCompound(page);
1239                 int i;
1240
1241                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1242
1243                 if (compound)
1244                         ClearPageDoubleMap(page);
1245                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1246                         if (compound)
1247                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1248                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1249                                 bad++;
1250                                 continue;
1251                         }
1252                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1253                 }
1254         }
1255         if (PageMappingFlags(page))
1256                 page->mapping = NULL;
1257         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1258                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1259         if (check_free)
1260                 bad += check_free_page(page);
1261         if (bad)
1262                 return false;
1263
1264         page_cpupid_reset_last(page);
1265         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1266         reset_page_owner(page, order);
1267
1268         if (!PageHighMem(page)) {
1269                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1270                                            PAGE_SIZE << order);
1271                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1272                                            PAGE_SIZE << order);
1273         }
1274         if (want_init_on_free())
1275                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1276
1277         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1278         /*
1279          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1280          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1281          * happen after this.
1282          */
1283         arch_free_page(page, order);
1284
1285         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1286                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1287
1288         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1289
1290         return true;
1291 }
1292
1293 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1294 /*
1295  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1296  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1297  * moved from pcp lists to free lists.
1298  */
1299 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1300 {
1301         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1302 }
1303
1304 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1305 {
1306         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1307                 return check_free_page(page);
1308         else
1309                 return false;
1310 }
1311 #else
1312 /*
1313  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1314  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1315  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1316  * to the pcp lists.
1317  */
1318 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1319 {
1320         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1321                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1322         else
1323                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1324 }
1325
1326 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1327 {
1328         return check_free_page(page);
1329 }
1330 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1331
1332 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1333 {
1334         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1335         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1336         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1337
1338         prefetch(buddy);
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Frees a number of pages which have been collected from the pcp lists.
1343  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1344  * count is the number of pages to free.
1345  *
1346  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1347  * see if this freeing clears that state.
1348  *
1349  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1350  * pinned" detection logic.
1351  */
1352 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, struct list_head *head,
1353                                bool zone_retry)
1354 {
1355         bool isolated_pageblocks;
1356         struct page *page, *tmp;
1357         unsigned long flags;
1358
1359         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1360         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1361
1362         /*
1363          * Use safe version since after __free_one_page(),
1364          * page->lru.next will not point to original list.
1365          */
1366         list_for_each_entry_safe(page, tmp, head, lru) {
1367                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1368
1369                 if (page_zone(page) != zone) {
1370                         /*
1371                          * free_unref_page_list() sorts pages by zone. If we end
1372                          * up with pages from a different NUMA nodes belonging
1373                          * to the same ZONE index then we need to redo with the
1374                          * correct ZONE pointer. Skip the page for now, redo it
1375                          * on the next iteration.
1376                          */
1377                         WARN_ON_ONCE(zone_retry == false);
1378                         if (zone_retry)
1379                                 continue;
1380                 }
1381
1382                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1383                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1384                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1385                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1386                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1387
1388                 list_del(&page->lru);
1389                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1390                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1391         }
1392         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1393 }
1394
1395 static void isolate_pcp_pages(int count, struct per_cpu_pages *pcp,
1396                               struct list_head *dst)
1397 {
1398         int migratetype = 0;
1399         int batch_free = 0;
1400         int prefetch_nr = 0;
1401         struct page *page;
1402
1403         /*
1404          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1405          * below while (list_empty(list)) loop.
1406          */
1407         count = min(pcp->count, count);
1408         while (count) {
1409                 struct list_head *list;
1410
1411                 /*
1412                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1413                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1414                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1415                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1416                  * lists
1417                  */
1418                 do {
1419                         batch_free++;
1420                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1421                                 migratetype = 0;
1422                         list = &pcp->lists[migratetype];
1423                 } while (list_empty(list));
1424
1425                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1426                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1427                         batch_free = count;
1428
1429                 do {
1430                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1431                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1432                         list_del(&page->lru);
1433                         pcp->count--;
1434
1435                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1436                                 continue;
1437
1438                         list_add_tail(&page->lru, dst);
1439
1440                         /*
1441                          * We are going to put the page back to the global
1442                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1443                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1444                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1445                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1446                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1447                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1448                          */
1449                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1450                                 prefetch_buddy(page);
1451                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1452         }
1453 }
1454
1455 static void free_one_page(struct zone *zone,
1456                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1457                                 unsigned int order,
1458                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1459 {
1460         spin_lock(&zone->lock);
1461         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1462                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1463                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1464         }
1465         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1466         spin_unlock(&zone->lock);
1467 }
1468
1469 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1470                                 unsigned long zone, int nid)
1471 {
1472         mm_zero_struct_page(page);
1473         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1474         init_page_count(page);
1475         page_mapcount_reset(page);
1476         page_cpupid_reset_last(page);
1477         page_kasan_tag_reset(page);
1478
1479         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1480 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1481         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1482         if (!is_highmem_idx(zone))
1483                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1484 #endif
1485 }
1486
1487 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1488 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1489 {
1490         pg_data_t *pgdat;
1491         int nid, zid;
1492
1493         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495
1496         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1497         pgdat = NODE_DATA(nid);
1498
1499         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1500                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1501
1502                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1503                         break;
1504         }
1505         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1506 }
1507 #else
1508 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1509 {
1510 }
1511 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1512
1513 /*
1514  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1515  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1516  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1517  * sent to the buddy page allocator.
1518  */
1519 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1520 {
1521         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1522         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1523
1524         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1525                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1526                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1527
1528                         init_reserved_page(start_pfn);
1529
1530                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1531                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1532
1533                         /*
1534                          * no need for atomic set_bit because the struct
1535                          * page is not visible yet so nobody should
1536                          * access it yet.
1537                          */
1538                         __SetPageReserved(page);
1539                 }
1540         }
1541 }
1542
1543 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1544                             fpi_t fpi_flags)
1545 {
1546         unsigned long flags;
1547         int migratetype;
1548         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1549
1550         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1551                 return;
1552
1553         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1554         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
1555         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1556         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1557                       fpi_flags);
1558         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
1559 }
1560
1561 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1562 {
1563         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1564         struct page *p = page;
1565         unsigned int loop;
1566
1567         /*
1568          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1569          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1570          * refcount of all involved pages to 0.
1571          */
1572         prefetchw(p);
1573         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1574                 prefetchw(p + 1);
1575                 __ClearPageReserved(p);
1576                 set_page_count(p, 0);
1577         }
1578         __ClearPageReserved(p);
1579         set_page_count(p, 0);
1580
1581         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1582
1583         /*
1584          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1585          * relevant for memory onlining.
1586          */
1587         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1588 }
1589
1590 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1591
1592 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1593
1594 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1595
1596 /*
1597  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1598  */
1599 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1600                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1601 {
1602         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1603         int nid;
1604
1605         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1606                 return state->last_nid;
1607
1608         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1609         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1610                 state->last_start = start_pfn;
1611                 state->last_end = end_pfn;
1612                 state->last_nid = nid;
1613         }
1614
1615         return nid;
1616 }
1617 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1618
1619 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1620 {
1621         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1622         int nid;
1623
1624         spin_lock(&early_pfn_lock);
1625         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1626         if (nid < 0)
1627                 nid = first_online_node;
1628         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1629
1630         return nid;
1631 }
1632 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1633
1634 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1635                                                         unsigned int order)
1636 {
1637         if (early_page_uninitialised(pfn))
1638                 return;
1639         __free_pages_core(page, order);
1640 }
1641
1642 /*
1643  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1644  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1645  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1646  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1647  * pageblocks.
1648  *
1649  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1650  *
1651  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1652  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1653  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1654  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1655  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1656  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1657  * page in a pageblock.
1658  */
1659 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1660                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1661 {
1662         struct page *start_page;
1663         struct page *end_page;
1664
1665         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1666         end_pfn--;
1667
1668         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1669                 return NULL;
1670
1671         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1672         if (!start_page)
1673                 return NULL;
1674
1675         if (page_zone(start_page) != zone)
1676                 return NULL;
1677
1678         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1679
1680         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1681         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1682                 return NULL;
1683
1684         return start_page;
1685 }
1686
1687 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1688 {
1689         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1690         unsigned long block_end_pfn;
1691
1692         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1693         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1694                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1695                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1696
1697                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1698
1699                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1700                                              block_end_pfn, zone))
1701                         return;
1702                 cond_resched();
1703         }
1704
1705         /* We confirm that there is no hole */
1706         zone->contiguous = true;
1707 }
1708
1709 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1710 {
1711         zone->contiguous = false;
1712 }
1713
1714 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1715 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1716                                        unsigned long nr_pages)
1717 {
1718         struct page *page;
1719         unsigned long i;
1720
1721         if (!nr_pages)
1722                 return;
1723
1724         page = pfn_to_page(pfn);
1725
1726         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1727         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1728             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1729                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1730                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1731                 return;
1732         }
1733
1734         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1735                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1736                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1737                 __free_pages_core(page, 0);
1738         }
1739 }
1740
1741 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1742 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1743 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1744
1745 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1746 {
1747         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1748                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1749 }
1750
1751 /*
1752  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1753  *
1754  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1755  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1756  * function is optimized out.
1757  *
1758  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1759  * of the head pfn.
1760  */
1761 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1762 {
1763         if (!pfn_valid_within(pfn))
1764                 return false;
1765         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1766                 return false;
1767         return true;
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1772  * pageblock_nr_pages sizes.
1773  */
1774 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1775                                        unsigned long end_pfn)
1776 {
1777         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1778         unsigned long nr_free = 0;
1779
1780         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1781                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1782                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1783                         nr_free = 0;
1784                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1785                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1786                         nr_free = 1;
1787                 } else {
1788                         nr_free++;
1789                 }
1790         }
1791         /* Free the last block of pages to allocator */
1792         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1793 }
1794
1795 /*
1796  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1797  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1798  * Return number of pages initialized.
1799  */
1800 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1801                                                  unsigned long pfn,
1802                                                  unsigned long end_pfn)
1803 {
1804         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1805         int nid = zone_to_nid(zone);
1806         unsigned long nr_pages = 0;
1807         int zid = zone_idx(zone);
1808         struct page *page = NULL;
1809
1810         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1811                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1812                         page = NULL;
1813                         continue;
1814                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1815                         page = pfn_to_page(pfn);
1816                 } else {
1817                         page++;
1818                 }
1819                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1820                 nr_pages++;
1821         }
1822         return (nr_pages);
1823 }
1824
1825 /*
1826  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1827  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1828  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1829  * return false indicating there are no valid ranges left.
1830  */
1831 static bool __init
1832 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1833                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1834                                     unsigned long first_init_pfn)
1835 {
1836         u64 j;
1837
1838         /*
1839          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1840          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1841          * so we just need to flush them out of the system.
1842          */
1843         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1844                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1845                         continue;
1846                 if (*spfn < first_init_pfn)
1847                         *spfn = first_init_pfn;
1848                 *i = j;
1849                 return true;
1850         }
1851
1852         return false;
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1857  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1858  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1859  * page in __free_one_page()).
1860  *
1861  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1862  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1863  * any issues with the buddy page computation.
1864  */
1865 static unsigned long __init
1866 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1867                        unsigned long *end_pfn)
1868 {
1869         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1870         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1871         unsigned long nr_pages = 0;
1872         u64 j = *i;
1873
1874         /* First we loop through and initialize the page values */
1875         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1876                 unsigned long t;
1877
1878                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1879                         break;
1880
1881                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1882                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1883
1884                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1885                         *start_pfn = mo_pfn;
1886                         break;
1887                 }
1888         }
1889
1890         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1891         swap(j, *i);
1892
1893         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1894                 unsigned long t;
1895
1896                 if (mo_pfn <= spfn)
1897                         break;
1898
1899                 t = min(mo_pfn, epfn);
1900                 deferred_free_pages(spfn, t);
1901
1902                 if (mo_pfn <= epfn)
1903                         break;
1904         }
1905
1906         return nr_pages;
1907 }
1908
1909 static void __init
1910 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1911                            void *arg)
1912 {
1913         unsigned long spfn, epfn;
1914         struct zone *zone = arg;
1915         u64 i;
1916
1917         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1918
1919         /*
1920          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1921          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1922          */
1923         while (spfn < end_pfn) {
1924                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1925                 cond_resched();
1926         }
1927 }
1928
1929 /* An arch may override for more concurrency. */
1930 __weak int __init
1931 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1932 {
1933         return 1;
1934 }
1935
1936 /* Initialise remaining memory on a node */
1937 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1938 {
1939         pg_data_t *pgdat = data;
1940         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1941         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1942         unsigned long first_init_pfn, flags;
1943         unsigned long start = jiffies;
1944         struct zone *zone;
1945         int zid, max_threads;
1946         u64 i;
1947
1948         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1949         if (!cpumask_empty(cpumask))
1950                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1951
1952         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1953         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1954         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1955                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1956                 pgdat_init_report_one_done();
1957                 return 0;
1958         }
1959
1960         /* Sanity check boundaries */
1961         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1962         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1963         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1964
1965         /*
1966          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1967          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1968          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1969          */
1970         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1971
1972         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1973         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1974                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1975                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1976                         break;
1977         }
1978
1979         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1980         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1981                                                  first_init_pfn))
1982                 goto zone_empty;
1983
1984         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1985
1986         while (spfn < epfn) {
1987                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1988                 struct padata_mt_job job = {
1989                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1990                         .fn_arg      = zone,
1991                         .start       = spfn,
1992                         .size        = epfn_align - spfn,
1993                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1994                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1995                         .max_threads = max_threads,
1996                 };
1997
1998                 padata_do_multithreaded(&job);
1999                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2000                                                     epfn_align);
2001         }
2002 zone_empty:
2003         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2004         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2005
2006         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2007                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2008
2009         pgdat_init_report_one_done();
2010         return 0;
2011 }
2012
2013 /*
2014  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2015  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2016  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2017  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2018  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2019  *
2020  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2021  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2022  * enough pages to satisfy the allocation.
2023  *
2024  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2025  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2026  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2027  */
2028 static noinline bool __init
2029 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2030 {
2031         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2032         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2033         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2034         unsigned long spfn, epfn, flags;
2035         unsigned long nr_pages = 0;
2036         u64 i;
2037
2038         /* Only the last zone may have deferred pages */
2039         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2040                 return false;
2041
2042         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2043
2044         /*
2045          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2046          * true, as there might be enough pages already.
2047          */
2048         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2049                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2050                 return true;
2051         }
2052
2053         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2054         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2055                                                  first_deferred_pfn)) {
2056                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2057                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2058                 /* Retry only once. */
2059                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2060         }
2061
2062         /*
2063          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2064          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2065          * allocator.
2066          */
2067         while (spfn < epfn) {
2068                 /* update our first deferred PFN for this section */
2069                 first_deferred_pfn = spfn;
2070
2071                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2072                 touch_nmi_watchdog();
2073
2074                 /* We should only stop along section boundaries */
2075                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2076                         continue;
2077
2078                 /* If our quota has been met we can stop here */
2079                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2080                         break;
2081         }
2082
2083         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2084         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2085
2086         return nr_pages > 0;
2087 }
2088
2089 /*
2090  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2091  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2092  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2093  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2094  */
2095 static bool __ref
2096 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2097 {
2098         return deferred_grow_zone(zone, order);
2099 }
2100
2101 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2102
2103 void __init page_alloc_init_late(void)
2104 {
2105         struct zone *zone;
2106         int nid;
2107
2108 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2109
2110         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2111         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2112         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2113                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2114         }
2115
2116         /* Block until all are initialised */
2117         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2118
2119         /*
2120          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2121          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2122          * will be artificially small.
2123          */
2124         for_each_populated_zone(zone)
2125                 zone_pcp_update(zone);
2126
2127         /*
2128          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2129          * on-demand struct page initialization.
2130          */
2131         static_branch_disable(&deferred_pages);
2132
2133         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2134         files_maxfiles_init();
2135 #endif
2136
2137         /* Discard memblock private memory */
2138         memblock_discard();
2139
2140         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2141                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2142
2143         for_each_populated_zone(zone)
2144                 set_zone_contiguous(zone);
2145 }
2146
2147 #ifdef CONFIG_CMA
2148 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2149 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2150 {
2151         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2152         struct page *p = page;
2153
2154         do {
2155                 __ClearPageReserved(p);
2156                 set_page_count(p, 0);
2157         } while (++p, --i);
2158
2159         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2160
2161         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2162                 i = pageblock_nr_pages;
2163                 p = page;
2164                 do {
2165                         set_page_refcounted(p);
2166                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2167                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2168                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2169         } else {
2170                 set_page_refcounted(page);
2171                 __free_pages(page, pageblock_order);
2172         }
2173
2174         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2175 }
2176 #endif
2177
2178 /*
2179  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2180  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2181  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2182  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2183  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2184  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2185  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2186  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2187  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2188  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2189  *
2190  * -- nyc
2191  */
2192 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2193         int low, int high, int migratetype)
2194 {
2195         unsigned long size = 1 << high;
2196
2197         while (high > low) {
2198                 high--;
2199                 size >>= 1;
2200                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2201
2202                 /*
2203                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2204                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2205                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2206                  * pages will stay not present in virtual address space
2207                  */
2208                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2209                         continue;
2210
2211                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2212                 set_buddy_order(&page[size], high);
2213         }
2214 }
2215
2216 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2217 {
2218         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2219                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2220                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2221                 return;
2222         }
2223
2224         bad_page(page,
2225                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2226 }
2227
2228 /*
2229  * This page is about to be returned from the page allocator
2230  */
2231 static inline int check_new_page(struct page *page)
2232 {
2233         if (likely(page_expected_state(page,
2234                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2235                 return 0;
2236
2237         check_new_page_bad(page);
2238         return 1;
2239 }
2240
2241 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2242 {
2243         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2244                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2245 }
2246
2247 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2248 /*
2249  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2250  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2251  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2252  */
2253 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2254 {
2255         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2256                 return check_new_page(page);
2257         else
2258                 return false;
2259 }
2260
2261 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2262 {
2263         return check_new_page(page);
2264 }
2265 #else
2266 /*
2267  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2268  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2269  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2270  */
2271 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2272 {
2273         return check_new_page(page);
2274 }
2275 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2276 {
2277         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2278                 return check_new_page(page);
2279         else
2280                 return false;
2281 }
2282 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2283
2284 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2285 {
2286         int i;
2287         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2288                 struct page *p = page + i;
2289
2290                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2291                         return true;
2292         }
2293
2294         return false;
2295 }
2296
2297 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2298                                 gfp_t gfp_flags)
2299 {
2300         set_page_private(page, 0);
2301         set_page_refcounted(page);
2302
2303         arch_alloc_page(page, order);
2304         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2305                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2306         kasan_alloc_pages(page, order);
2307         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2308         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2309 }
2310
2311 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2312                                                         unsigned int alloc_flags)
2313 {
2314         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2315
2316         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2317                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2318
2319         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2320                 prep_compound_page(page, order);
2321
2322         /*
2323          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2324          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2325          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2326          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2327          */
2328         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2329                 set_page_pfmemalloc(page);
2330         else
2331                 clear_page_pfmemalloc(page);
2332 }
2333
2334 /*
2335  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2336  * the smallest available page from the freelists
2337  */
2338 static __always_inline
2339 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2340                                                 int migratetype)
2341 {
2342         unsigned int current_order;
2343         struct free_area *area;
2344         struct page *page;
2345
2346         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2347         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2348                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2349                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2350                 if (!page)
2351                         continue;
2352                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2353                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2354                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2355                 return page;
2356         }
2357
2358         return NULL;
2359 }
2360
2361
2362 /*
2363  * This array describes the order lists are fallen back to when
2364  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2365  */
2366 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2367         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2368         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2369         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2370 #ifdef CONFIG_CMA
2371         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2372 #endif
2373 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2374         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2375 #endif
2376 };
2377
2378 #ifdef CONFIG_CMA
2379 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2380                                         unsigned int order)
2381 {
2382         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2383 }
2384 #else
2385 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2386                                         unsigned int order) { return NULL; }
2387 #endif
2388
2389 /*
2390  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2391  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2392  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2393  */
2394 static int move_freepages(struct zone *zone,
2395                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2396                           int migratetype, int *num_movable)
2397 {
2398         struct page *page;
2399         unsigned int order;
2400         int pages_moved = 0;
2401
2402         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2403                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2404                         page++;
2405                         continue;
2406                 }
2407
2408                 if (!PageBuddy(page)) {
2409                         /*
2410                          * We assume that pages that could be isolated for
2411                          * migration are movable. But we don't actually try
2412                          * isolating, as that would be expensive.
2413                          */
2414                         if (num_movable &&
2415                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2416                                 (*num_movable)++;
2417
2418                         page++;
2419                         continue;
2420                 }
2421
2422                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2423                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2424                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2425
2426                 order = buddy_order(page);
2427                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2428                 page += 1 << order;
2429                 pages_moved += 1 << order;
2430         }
2431
2432         return pages_moved;
2433 }
2434
2435 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2436                                 int migratetype, int *num_movable)
2437 {
2438         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2439         struct page *start_page, *end_page;
2440
2441         if (num_movable)
2442                 *num_movable = 0;
2443
2444         start_pfn = page_to_pfn(page);
2445         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2446         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2447         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2448         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2449
2450         /* Do not cross zone boundaries */
2451         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2452                 start_page = page;
2453         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2454                 return 0;
2455
2456         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2457                                                                 num_movable);
2458 }
2459
2460 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2461                                         int start_order, int migratetype)
2462 {
2463         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2464
2465         while (nr_pageblocks--) {
2466                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2467                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2468         }
2469 }
2470
2471 /*
2472  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2473  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2474  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2475  *
2476  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2477  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2478  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2479  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2480  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2481  * pageblocks.
2482  */
2483 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2484 {
2485         /*
2486          * Leaving this order check is intended, although there is
2487          * relaxed order check in next check. The reason is that
2488          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2489          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2490          * so could be changed anytime.
2491          */
2492         if (order >= pageblock_order)
2493                 return true;
2494
2495         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2496                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2497                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2498                 page_group_by_mobility_disabled)
2499                 return true;
2500
2501         return false;
2502 }
2503
2504 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2505 {
2506         unsigned long max_boost;
2507
2508         if (!watermark_boost_factor)
2509                 return false;
2510         /*
2511          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2512          * On small machines, including kdump capture kernels running
2513          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2514          * memory situation immediately.
2515          */
2516         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2517                 return false;
2518
2519         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2520                         watermark_boost_factor, 10000);
2521
2522         /*
2523          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2524          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2525          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2526          * allocations that early means that reclaim is not going
2527          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2528          * boosted watermark resulting in a hang.
2529          */
2530         if (!max_boost)
2531                 return false;
2532
2533         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2534
2535         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2536                 max_boost);
2537
2538         return true;
2539 }
2540
2541 /*
2542  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2543  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2544  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2545  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2546  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2547  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2548  */
2549 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2550                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2551 {
2552         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2553         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2554         int old_block_type;
2555
2556         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2557
2558         /*
2559          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2560          * highatomic accounting.
2561          */
2562         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2563                 goto single_page;
2564
2565         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2566         if (current_order >= pageblock_order) {
2567                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2568                 goto single_page;
2569         }
2570
2571         /*
2572          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2573          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2574          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2575          */
2576         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2577                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2578
2579         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2580         if (!whole_block)
2581                 goto single_page;
2582
2583         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2584                                                 &movable_pages);
2585         /*
2586          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2587          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2588          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2589          */
2590         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2591                 alike_pages = movable_pages;
2592         } else {
2593                 /*
2594                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2595                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2596                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2597                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2598                  * exact migratetype of non-movable pages.
2599                  */
2600                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2601                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2602                                                 - (free_pages + movable_pages);
2603                 else
2604                         alike_pages = 0;
2605         }
2606
2607         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2608         if (!free_pages)
2609                 goto single_page;
2610
2611         /*
2612          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2613          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2614          */
2615         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2616                         page_group_by_mobility_disabled)
2617                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2618
2619         return;
2620
2621 single_page:
2622         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2627  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2628  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2629  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2630  */
2631 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2632                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2633 {
2634         int i;
2635         int fallback_mt;
2636
2637         if (area->nr_free == 0)
2638                 return -1;
2639
2640         *can_steal = false;
2641         for (i = 0;; i++) {
2642                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2643                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2644                         break;
2645
2646                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2647                         continue;
2648
2649                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2650                         *can_steal = true;
2651
2652                 if (!only_stealable)
2653                         return fallback_mt;
2654
2655                 if (*can_steal)
2656                         return fallback_mt;
2657         }
2658
2659         return -1;
2660 }
2661
2662 /*
2663  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2664  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2665  */
2666 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2667                                 unsigned int alloc_order)
2668 {
2669         int mt;
2670         unsigned long max_managed, flags;
2671
2672         /*
2673          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2674          * Check is race-prone but harmless.
2675          */
2676         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2677         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2678                 return;
2679
2680         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2681
2682         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2683         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2684                 goto out_unlock;
2685
2686         /* Yoink! */
2687         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2688         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2689             && !is_migrate_cma(mt)) {
2690                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2691                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2692                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2693         }
2694
2695 out_unlock:
2696         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2697 }
2698
2699 /*
2700  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2701  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2702  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2703  * to recover from than an OOM.
2704  *
2705  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2706  * pageblock is exhausted.
2707  */
2708 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2709                                                 bool force)
2710 {
2711         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2712         unsigned long flags;
2713         struct zoneref *z;
2714         struct zone *zone;
2715         struct page *page;
2716         int order;
2717         bool ret;
2718
2719         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2720                                                                 ac->nodemask) {
2721                 /*
2722                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2723                  * is really high.
2724                  */
2725                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2726                                         pageblock_nr_pages)
2727                         continue;
2728
2729                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2730                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2731                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2732
2733                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2734                         if (!page)
2735                                 continue;
2736
2737                         /*
2738                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2739                          * we can counter several free pages in a pageblock
2740                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2741                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2742                          * adjust the count once.
2743                          */
2744                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2745                                 /*
2746                                  * It should never happen but changes to
2747                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2748                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2749                                  * while unreserving so be safe and watch for
2750                                  * underflows.
2751                                  */
2752                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2753                                                 pageblock_nr_pages,
2754                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2755                         }
2756
2757                         /*
2758                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2759                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2760                          * is doing the work and needs the pages. More
2761                          * importantly, if the block was always converted to
2762                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2763                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2764                          * may increase.
2765                          */
2766                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2767                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2768                                                                         NULL);
2769                         if (ret) {
2770                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2771                                 return ret;
2772                         }
2773                 }
2774                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2775         }
2776
2777         return false;
2778 }
2779
2780 /*
2781  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2782  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2783  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2784  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2785  *
2786  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2787  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2788  * condition simpler.
2789  */
2790 static __always_inline bool
2791 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2792                                                 unsigned int alloc_flags)
2793 {
2794         struct free_area *area;
2795         int current_order;
2796         int min_order = order;
2797         struct page *page;
2798         int fallback_mt;
2799         bool can_steal;
2800
2801         /*
2802          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2803          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2804          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2805          */
2806         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2807                 min_order = pageblock_order;
2808
2809         /*
2810          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2811          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2812          * would be too costly to do exactly.
2813          */
2814         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2815                                 --current_order) {
2816                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2817                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2818                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2819                 if (fallback_mt == -1)
2820                         continue;
2821
2822                 /*
2823                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2824                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2825                  * steal and split the smallest available page instead of the
2826                  * largest available page, because even if the next movable
2827                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2828                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2829                  */
2830                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2831                                         && current_order > order)
2832                         goto find_smallest;
2833
2834                 goto do_steal;
2835         }
2836
2837         return false;
2838
2839 find_smallest:
2840         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2841                                                         current_order++) {
2842                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2843                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2844                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2845                 if (fallback_mt != -1)
2846                         break;
2847         }
2848
2849         /*
2850          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2851          * when looking for the largest page.
2852          */
2853         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2854
2855 do_steal:
2856         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2857
2858         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2859                                                                 can_steal);
2860
2861         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2862                 start_migratetype, fallback_mt);
2863
2864         return true;
2865
2866 }
2867
2868 /*
2869  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2870  * Call me with the zone->lock already held.
2871  */
2872 static __always_inline struct page *
2873 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2874                                                 unsigned int alloc_flags)
2875 {
2876         struct page *page;
2877
2878         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2879                 /*
2880                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2881                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2882                  * is in the CMA area.
2883                  */
2884                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2885                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2886                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2887                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2888                         if (page)
2889                                 goto out;
2890                 }
2891         }
2892 retry:
2893         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2894         if (unlikely(!page)) {
2895                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2896                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2897
2898                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2899                                                                 alloc_flags))
2900                         goto retry;
2901         }
2902 out:
2903         if (page)
2904                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2905         return page;
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2910  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2911  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2912  */
2913 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2914                         unsigned long count, struct list_head *list,
2915                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2916 {
2917         int i, alloced = 0;
2918
2919         spin_lock(&zone->lock);
2920         for (i = 0; i < count; ++i) {
2921                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2922                                                                 alloc_flags);
2923                 if (unlikely(page == NULL))
2924                         break;
2925
2926                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2927                         continue;
2928
2929                 /*
2930                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2931                  * physical page order. The page is added to the tail of
2932                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2933                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2934                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2935                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2936                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2937                  * pages are ordered properly.
2938                  */
2939                 list_add_tail(&page->lru, list);
2940                 alloced++;
2941                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2942                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2943                                               -(1 << order));
2944         }
2945
2946         /*
2947          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2948          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2949          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2950          * pages added to the pcp list.
2951          */
2952         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2953         spin_unlock(&zone->lock);
2954         return alloced;
2955 }
2956
2957 #ifdef CONFIG_NUMA
2958 /*
2959  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2960  * currently executing processor on remote nodes after they have
2961  * expired.
2962  *
2963  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2964  * a single processor.
2965  */
2966 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2967 {
2968         unsigned long flags;
2969         int to_drain, batch;
2970         LIST_HEAD(dst);
2971
2972         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
2973         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2974         to_drain = min(pcp->count, batch);
2975         if (to_drain > 0)
2976                 isolate_pcp_pages(to_drain, pcp, &dst);
2977
2978         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
2979
2980         if (to_drain > 0)
2981                 free_pcppages_bulk(zone, &dst, false);
2982 }
2983 #endif
2984
2985 /*
2986  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2987  *
2988  * The processor must either be the current processor and the
2989  * thread pinned to the current processor or a processor that
2990  * is not online.
2991  */
2992 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2993 {
2994         unsigned long flags;
2995         struct per_cpu_pageset *pset;
2996         struct per_cpu_pages *pcp;
2997         LIST_HEAD(dst);
2998         int count;
2999
3000         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3001         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3002
3003         pcp = &pset->pcp;
3004         count = pcp->count;
3005         if (count)
3006                 isolate_pcp_pages(count, pcp, &dst);
3007
3008         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3009
3010         if (count)
3011                 free_pcppages_bulk(zone, &dst, false);
3012 }
3013
3014 /*
3015  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3016  *
3017  * The processor must either be the current processor and the
3018  * thread pinned to the current processor or a processor that
3019  * is not online.
3020  */
3021 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3022 {
3023         struct zone *zone;
3024
3025         for_each_populated_zone(zone) {
3026                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3027         }
3028 }
3029
3030 /*
3031  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3032  *
3033  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3034  * the single zone's pages.
3035  */
3036 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3037 {
3038         int cpu = smp_processor_id();
3039
3040         if (zone)
3041                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3042         else
3043                 drain_pages(cpu);
3044 }
3045
3046 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3047 {
3048         struct pcpu_drain *drain;
3049
3050         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3051
3052         /*
3053          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3054          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3055          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3056          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
3057          * a different one.
3058          */
3059         migrate_disable();
3060         drain_local_pages(drain->zone);
3061         migrate_enable();
3062 }
3063
3064 /*
3065  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3066  *
3067  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3068  *
3069  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3070  */
3071 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3072 {
3073         int cpu;
3074
3075         /*
3076          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3077          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3078          */
3079         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3080
3081         /*
3082          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3083          * initialized.
3084          */
3085         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3086                 return;
3087
3088         /*
3089          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3090          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3091          * the drain to be complete when the call returns.
3092          */
3093         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3094                 if (!zone)
3095                         return;
3096                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3097         }
3098
3099         /*
3100          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3101          * as offline notification will cause the notified
3102          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3103          * disables preemption as part of its processing
3104          */
3105         for_each_online_cpu(cpu) {
3106                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3107                 struct zone *z;
3108                 bool has_pcps = false;
3109
3110                 if (zone) {
3111                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3112                         if (pcp->pcp.count)
3113                                 has_pcps = true;
3114                 } else {
3115                         for_each_populated_zone(z) {
3116                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3117                                 if (pcp->pcp.count) {
3118                                         has_pcps = true;
3119                                         break;
3120                                 }
3121                         }
3122                 }
3123
3124                 if (has_pcps)
3125                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3126                 else
3127                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3128         }
3129
3130         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3131                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3132
3133                 drain->zone = zone;
3134                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3135                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3136         }
3137         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3138                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3139
3140         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3141 }
3142
3143 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3144
3145 /*
3146  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3147  */
3148 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3149
3150 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3151 {
3152         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3153         unsigned long flags;
3154         unsigned int order, t;
3155         struct page *page;
3156
3157         if (zone_is_empty(zone))
3158                 return;
3159
3160         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3161
3162         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3163         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3164                 if (pfn_valid(pfn)) {
3165                         page = pfn_to_page(pfn);
3166
3167                         if (!--page_count) {
3168                                 touch_nmi_watchdog();
3169                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3170                         }
3171
3172                         if (page_zone(page) != zone)
3173                                 continue;
3174
3175                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3176                                 swsusp_unset_page_free(page);
3177                 }
3178
3179         for_each_migratetype_order(order, t) {
3180                 list_for_each_entry(page,
3181                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3182                         unsigned long i;
3183
3184                         pfn = page_to_pfn(page);
3185                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3186                                 if (!--page_count) {
3187                                         touch_nmi_watchdog();
3188                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3189                                 }
3190                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3191                         }
3192                 }
3193         }
3194         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3195 }
3196 #endif /* CONFIG_PM */
3197
3198 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3199 {
3200         int migratetype;
3201
3202         if (!free_pcp_prepare(page))
3203                 return false;
3204
3205         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3206         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3207         return true;
3208 }
3209
3210 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3211                                    struct list_head *dst)
3212 {
3213         struct zone *zone = page_zone(page);
3214         struct per_cpu_pages *pcp;
3215         int migratetype;
3216
3217         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3218         __count_vm_event(PGFREE);
3219
3220         /*
3221          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3222          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3223          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3224          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3225          * excessively into the page allocator
3226          */
3227         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3228                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3229                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3230                                       FPI_NONE);
3231                         return;
3232                 }
3233                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3234         }
3235
3236         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3237         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3238         pcp->count++;
3239         if (pcp->count >= pcp->high) {
3240                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3241
3242                 isolate_pcp_pages(batch, pcp, dst);
3243         }
3244 }
3245
3246 /*
3247  * Free a 0-order page
3248  */
3249 void free_unref_page(struct page *page)
3250 {
3251         unsigned long flags;
3252         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3253         struct zone *zone = page_zone(page);
3254         LIST_HEAD(dst);
3255
3256         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3257                 return;
3258
3259         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3260         free_unref_page_commit(page, pfn, &dst);
3261         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3262         if (!list_empty(&dst))
3263                 free_pcppages_bulk(zone, &dst, false);
3264 }
3265
3266 /*
3267  * Free a list of 0-order pages
3268  */
3269 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3270 {
3271         struct page *page, *next;
3272         unsigned long flags, pfn;
3273         int batch_count = 0;
3274         struct list_head dsts[__MAX_NR_ZONES];
3275         int i;
3276
3277         for (i = 0; i < __MAX_NR_ZONES; i++)
3278                 INIT_LIST_HEAD(&dsts[i]);
3279
3280         /* Prepare pages for freeing */
3281         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3282                 pfn = page_to_pfn(page);
3283                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3284                         list_del(&page->lru);
3285                 set_page_private(page, pfn);
3286         }
3287
3288         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3289         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3290                 unsigned long pfn = page_private(page);
3291                 enum zone_type type;
3292
3293                 set_page_private(page, 0);
3294                 trace_mm_page_free_batched(page);
3295                 type = page_zonenum(page);
3296                 free_unref_page_commit(page, pfn, &dsts[type]);
3297
3298                 /*
3299                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3300                  * a large list of pages to free.
3301                  */
3302                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3303                         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3304                         batch_count = 0;
3305                         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3306                 }
3307         }
3308         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3309
3310         for (i = 0; i < __MAX_NR_ZONES; ) {
3311                 struct page *page;
3312                 struct zone *zone;
3313
3314                 if (list_empty(&dsts[i])) {
3315                         i++;
3316                         continue;
3317                 }
3318
3319                 page = list_first_entry(&dsts[i], struct page, lru);
3320                 zone = page_zone(page);
3321
3322                 free_pcppages_bulk(zone, &dsts[i], true);
3323         }
3324 }
3325
3326 /*
3327  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3328  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3329  * Each sub-page must be freed individually.
3330  *
3331  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3332  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3333  */
3334 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3335 {
3336         int i;
3337
3338         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3339         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3340
3341         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3342                 set_page_refcounted(page + i);
3343         split_page_owner(page, 1 << order);
3344         split_page_memcg(page, 1 << order);
3345 }
3346 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3347
3348 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3349 {
3350         unsigned long watermark;
3351         struct zone *zone;
3352         int mt;
3353
3354         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3355
3356         zone = page_zone(page);
3357         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3358
3359         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3360                 /*
3361                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3362                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3363                  * watermark, because we already know our high-order page
3364                  * exists.
3365                  */
3366                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3367                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3368                         return 0;
3369
3370                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3371         }
3372
3373         /* Remove page from free list */
3374
3375         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3376
3377         /*
3378          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3379          * pageblock
3380          */
3381         if (order >= pageblock_order - 1) {
3382                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3383                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3384                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3385                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3386                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3387                                 set_pageblock_migratetype(page,
3388                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3389                 }
3390         }
3391
3392
3393         return 1UL << order;
3394 }
3395
3396 /**
3397  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3398  * @page: Page that was isolated
3399  * @order: Order of the isolated page
3400  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3401  *
3402  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3403  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3404  */
3405 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3406 {
3407         struct zone *zone = page_zone(page);
3408
3409         /* zone lock should be held when this function is called */
3410         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3411
3412         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3413         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3414                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3415 }
3416
3417 /*
3418  * Update NUMA hit/miss statistics
3419  *
3420  * Must be called with interrupts disabled.
3421  */
3422 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3423 {
3424 #ifdef CONFIG_NUMA
3425         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3426
3427         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3428         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3429                 return;
3430
3431         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3432                 local_stat = NUMA_OTHER;
3433
3434         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3435                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3436         else {
3437                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3438                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3439         }
3440         __inc_numa_state(z, local_stat);
3441 #endif
3442 }
3443
3444 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3445 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3446                         unsigned int alloc_flags,
3447                         struct per_cpu_pages *pcp,
3448                         struct list_head *list)
3449 {
3450         struct page *page;
3451
3452         do {
3453                 if (list_empty(list)) {
3454                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3455                                         pcp->batch, list,
3456                                         migratetype, alloc_flags);
3457                         if (unlikely(list_empty(list)))
3458                                 return NULL;
3459                 }
3460
3461                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3462                 list_del(&page->lru);
3463                 pcp->count--;
3464         } while (check_new_pcp(page));
3465
3466         return page;
3467 }
3468
3469 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3470 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3471                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3472                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3473 {
3474         struct per_cpu_pages *pcp;
3475         struct list_head *list;
3476         struct page *page;
3477         unsigned long flags;
3478
3479         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3480         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3481         list = &pcp->lists[migratetype];
3482         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3483         if (page) {
3484                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3485                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3486         }
3487         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3488         return page;
3489 }
3490
3491 /*
3492  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3493  */
3494 static inline
3495 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3496                         struct zone *zone, unsigned int order,
3497                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3498                         int migratetype)
3499 {
3500         unsigned long flags;
3501         struct page *page;
3502
3503         if (likely(order == 0)) {
3504                 /*
3505                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3506                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3507                  */
3508                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3509                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3510                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3511                                         migratetype, alloc_flags);
3512                         goto out;
3513                 }
3514         }
3515
3516         /*
3517          * We most definitely don't want callers attempting to
3518          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3519          */
3520         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3521         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
3522         spin_lock(&zone->lock);
3523
3524         do {
3525                 page = NULL;
3526                 /*
3527                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3528                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3529                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3530                  * request should skip it.
3531                  */
3532                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3533                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3534                         if (page)
3535                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3536                 }
3537                 if (!page)
3538                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3539         } while (page && check_new_pages(page, order));
3540         spin_unlock(&zone->lock);
3541         if (!page)
3542                 goto failed;
3543         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3544                                   get_pcppage_migratetype(page));
3545
3546         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3547         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3548         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3549
3550 out:
3551         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3552         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3553                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3554                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3555         }
3556
3557         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3558         return page;
3559
3560 failed:
3561         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
3562         return NULL;
3563 }
3564
3565 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3566
3567 static struct {
3568         struct fault_attr attr;
3569
3570         bool ignore_gfp_highmem;
3571         bool ignore_gfp_reclaim;
3572         u32 min_order;
3573 } fail_page_alloc = {
3574         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3575         .ignore_gfp_reclaim = true,
3576         .ignore_gfp_highmem = true,
3577         .min_order = 1,
3578 };
3579
3580 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3581 {
3582         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3583 }
3584 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3585
3586 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3587 {
3588         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3589                 return false;
3590         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3591                 return false;
3592         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3593                 return false;
3594         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3595                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3596                 return false;
3597
3598         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3599 }
3600
3601 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3602
3603 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3604 {
3605         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3606         struct dentry *dir;
3607
3608         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3609                                         &fail_page_alloc.attr);
3610
3611         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3612                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3613         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3614                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3615         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3616
3617         return 0;
3618 }
3619
3620 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3621
3622 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3623
3624 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3625
3626 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3627 {
3628         return false;
3629 }
3630
3631 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3632
3633 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3634 {
3635         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3636 }
3637 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3638
3639 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3640                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3641 {
3642         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3643         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3644
3645         /*
3646          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3647          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3648          * atomic reserve but it avoids a search.
3649          */
3650         if (likely(!alloc_harder))
3651                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3652
3653 #ifdef CONFIG_CMA
3654         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3655         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3656                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3657 #endif
3658
3659         return unusable_free;
3660 }
3661
3662 /*
3663  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3664  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3665  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3666  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3667  */
3668 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3669                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3670                          long free_pages)
3671 {
3672         long min = mark;
3673         int o;
3674         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3675
3676         /* free_pages may go negative - that's OK */
3677         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3678
3679         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3680                 min -= min / 2;
3681
3682         if (unlikely(alloc_harder)) {
3683                 /*
3684                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3685                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3686                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3687                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3688                  */
3689                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3690                         min -= min / 2;
3691                 else
3692                         min -= min / 4;
3693         }
3694
3695         /*
3696          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3697          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3698          * even if a suitable page happened to be free.
3699          */
3700         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3701                 return false;
3702
3703         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3704         if (!order)
3705                 return true;
3706
3707         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3708         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3709                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3710                 int mt;
3711
3712                 if (!area->nr_free)
3713                         continue;
3714
3715                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3716                         if (!free_area_empty(area, mt))
3717                                 return true;
3718                 }
3719
3720 #ifdef CONFIG_CMA
3721                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3722                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3723                         return true;
3724                 }
3725 #endif
3726                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3727                         return true;
3728         }
3729         return false;
3730 }
3731
3732 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3733                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3734 {
3735         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3736                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3737 }
3738
3739 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3740                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3741                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3742 {
3743         long free_pages;
3744
3745         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3746
3747         /*
3748          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3749          * need to be calculated.
3750          */
3751         if (!order) {
3752                 long fast_free;
3753
3754                 fast_free = free_pages;
3755                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3756                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3757                         return true;
3758         }
3759
3760         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3761                                         free_pages))
3762                 return true;
3763         /*
3764          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3765          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3766          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3767          * when below the low watermark.
3768          */
3769         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3770                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3771                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3772                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3773                                         alloc_flags, free_pages);
3774         }
3775
3776         return false;
3777 }
3778
3779 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3780                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3781 {
3782         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3783
3784         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3785                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3786
3787         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3788                                                                 free_pages);
3789 }
3790
3791 #ifdef CONFIG_NUMA
3792 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3793 {
3794         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3795                                 node_reclaim_distance;
3796 }
3797 #else   /* CONFIG_NUMA */
3798 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3799 {
3800         return true;
3801 }
3802 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3803
3804 /*
3805  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3806  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3807  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3808  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3809  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3810  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3811  */
3812 static inline unsigned int
3813 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3814 {
3815         unsigned int alloc_flags;
3816
3817         /*
3818          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3819          * to save a branch.
3820          */
3821         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3822
3823 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3824         if (!zone)
3825                 return alloc_flags;
3826
3827         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3828                 return alloc_flags;
3829
3830         /*
3831          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3832          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3833          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3834          */
3835         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3836         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3837                 return alloc_flags;
3838
3839         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3840 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3841         return alloc_flags;
3842 }
3843
3844 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3845                                         unsigned int alloc_flags)
3846 {
3847 #ifdef CONFIG_CMA
3848         unsigned int pflags = current->flags;
3849
3850         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3851                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3852                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3853
3854 #endif
3855         return alloc_flags;
3856 }
3857
3858 /*
3859  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3860  * a page.
3861  */
3862 static struct page *
3863 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3864                                                 const struct alloc_context *ac)
3865 {
3866         struct zoneref *z;
3867         struct zone *zone;
3868         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3869         bool no_fallback;
3870
3871 retry:
3872         /*
3873          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3874          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3875          */
3876         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3877         z = ac->preferred_zoneref;
3878         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3879                                         ac->nodemask) {
3880                 struct page *page;
3881                 unsigned long mark;
3882
3883                 if (cpusets_enabled() &&
3884                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3885                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3886                                 continue;
3887                 /*
3888                  * When allocating a page cache page for writing, we
3889                  * want to get it from a node that is within its dirty
3890                  * limit, such that no single node holds more than its
3891                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3892                  * The dirty limits take into account the node's
3893                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3894                  * should be able to balance it without having to
3895                  * write pages from its LRU list.
3896                  *
3897                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3898                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3899                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3900                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3901                  * nodes are together not big enough to reach the
3902                  * global limit.  The proper fix for these situations
3903                  * will require awareness of nodes in the
3904                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3905                  */
3906                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3907                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3908                                 continue;
3909
3910                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3911                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3912                                 continue;
3913                         }
3914                 }
3915
3916                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3917                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3918                         int local_nid;
3919
3920                         /*
3921                          * If moving to a remote node, retry but allow
3922                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3923                          * than fragmentation avoidance.
3924                          */
3925                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3926                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3927                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3928                                 goto retry;
3929                         }
3930                 }
3931
3932                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3933                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3934                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3935                                        gfp_mask)) {
3936                         int ret;
3937
3938 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3939                         /*
3940                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3941                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3942                          */
3943                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3944                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3945                                         goto try_this_zone;
3946                         }
3947 #endif
3948                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3949                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3950                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3951                                 goto try_this_zone;
3952
3953                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3954                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3955                                 continue;
3956
3957                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3958                         switch (ret) {
3959                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3960                                 /* did not scan */
3961                                 continue;
3962                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3963                                 /* scanned but unreclaimable */
3964                                 continue;
3965                         default:
3966                                 /* did we reclaim enough */
3967                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3968                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3969                                         goto try_this_zone;
3970
3971                                 continue;
3972                         }
3973                 }
3974
3975 try_this_zone:
3976                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3977                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3978                 if (page) {
3979                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3980
3981                         /*
3982                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3983                          * if the pageblock should be reserved for the future
3984                          */
3985                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3986                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3987
3988                         return page;
3989                 } else {
3990 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3991                         /* Try again if zone has deferred pages */
3992                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3993                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3994                                         goto try_this_zone;
3995                         }
3996 #endif
3997                 }
3998         }
3999
4000         /*
4001          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4002          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4003          */
4004         if (no_fallback) {
4005                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4006                 goto retry;
4007         }
4008
4009         return NULL;
4010 }
4011
4012 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4013 {
4014         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4015
4016         /*
4017          * This documents exceptions given to allocations in certain
4018          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4019          * of allowed nodes.
4020          */
4021         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4022                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4023                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4024                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4025         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4026                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4027
4028         show_mem(filter, nodemask);
4029 }
4030
4031 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4032 {
4033         struct va_format vaf;
4034         va_list args;
4035         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4036
4037         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4038              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4039              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4040                 return;
4041
4042         va_start(args, fmt);
4043         vaf.fmt = fmt;
4044         vaf.va = &args;
4045         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4046                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4047                         nodemask_pr_args(nodemask));
4048         va_end(args);
4049
4050         cpuset_print_current_mems_allowed();
4051         pr_cont("\n");
4052         dump_stack();
4053         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4054 }
4055
4056 static inline struct page *
4057 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4058                               unsigned int alloc_flags,
4059                               const struct alloc_context *ac)
4060 {
4061         struct page *page;
4062
4063         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4064                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4065         /*
4066          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4067          * are depleted
4068          */
4069         if (!page)
4070                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4071                                 alloc_flags, ac);
4072
4073         return page;
4074 }
4075
4076 static inline struct page *
4077 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4078         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4079 {
4080         struct oom_control oc = {
4081                 .zonelist = ac->zonelist,
4082                 .nodemask = ac->nodemask,
4083                 .memcg = NULL,
4084                 .gfp_mask = gfp_mask,
4085                 .order = order,
4086         };
4087         struct page *page;
4088
4089         *did_some_progress = 0;
4090
4091         /*
4092          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4093          * making progress for us.
4094          */
4095         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4096                 *did_some_progress = 1;
4097                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4098                 return NULL;
4099         }
4100
4101         /*
4102          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4103          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4104          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4105          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4106          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4107          */
4108         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4109                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4110                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4111         if (page)
4112                 goto out;
4113
4114         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4115         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4116                 goto out;
4117         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4118         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4119                 goto out;
4120         /*
4121          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4122          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4123          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4124          * fallback than shooting a random task.
4125          *
4126          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4127          */
4128         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4129                 goto out;
4130         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4131         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4132                 goto out;
4133         if (pm_suspended_storage())
4134                 goto out;
4135         /*
4136          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4137          * other request to make a forward progress.
4138          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4139          * do much for this context but let's try it to at least get
4140          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4141          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4142          * failures more gracefully we should just bail out here.
4143          */
4144
4145         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4146         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4147                 *did_some_progress = 1;
4148
4149                 /*
4150                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4151                  * reserves
4152                  */
4153                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4154                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4155                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4156         }
4157 out:
4158         mutex_unlock(&oom_lock);
4159         return page;
4160 }
4161
4162 /*
4163  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4164  * killer is consider as the only way to move forward.
4165  */
4166 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4167
4168 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4169 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4170 static struct page *
4171 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4172                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4173                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4174 {
4175         struct page *page = NULL;
4176         unsigned long pflags;
4177         unsigned int noreclaim_flag;
4178
4179         if (!order)
4180                 return NULL;
4181
4182         psi_memstall_enter(&pflags);
4183         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4184
4185         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4186                                                                 prio, &page);
4187
4188         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4189         psi_memstall_leave(&pflags);
4190
4191         /*
4192          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4193          * count a compaction stall
4194          */
4195         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4196
4197         /* Prep a captured page if available */
4198         if (page)
4199                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4200
4201         /* Try get a page from the freelist if available */
4202         if (!page)
4203                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4204
4205         if (page) {
4206                 struct zone *zone = page_zone(page);
4207
4208                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4209                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4210                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4211                 return page;
4212         }
4213
4214         /*
4215          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4216          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4217          */
4218         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4219
4220         cond_resched();
4221
4222         return NULL;
4223 }
4224
4225 static inline bool
4226 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4227                      enum compact_result compact_result,
4228                      enum compact_priority *compact_priority,
4229                      int *compaction_retries)
4230 {
4231         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4232         int min_priority;
4233         bool ret = false;
4234         int retries = *compaction_retries;
4235         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4236
4237         if (!order)
4238                 return false;
4239
4240         if (compaction_made_progress(compact_result))
4241                 (*compaction_retries)++;
4242
4243         /*
4244          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4245          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4246          * failure could be caused by insufficient priority
4247          */
4248         if (compaction_failed(compact_result))
4249                 goto check_priority;
4250
4251         /*
4252          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4253          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4254          */
4255         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4256                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4257                 goto out;
4258         }
4259
4260         /*
4261          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4262          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4263          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4264          * we don't just keep bailing out endlessly.
4265          */
4266         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4267                 goto check_priority;
4268         }
4269
4270         /*
4271          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4272          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4273          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4274          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4275          * would need much more detailed feedback from compaction to
4276          * make a better decision.
4277          */
4278         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4279                 max_retries /= 4;
4280         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4281                 ret = true;
4282                 goto out;
4283         }
4284
4285         /*
4286          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4287          * all retries or failed at the lower priorities.
4288          */
4289 check_priority:
4290         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4291                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4292
4293         if (*compact_priority > min_priority) {
4294                 (*compact_priority)--;
4295                 *compaction_retries = 0;
4296                 ret = true;
4297         }
4298 out:
4299         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4300         return ret;
4301 }
4302 #else
4303 static inline struct page *
4304 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4305                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4306                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4307 {
4308         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4309         return NULL;
4310 }
4311
4312 static inline bool
4313 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4314                      enum compact_result compact_result,
4315                      enum compact_priority *compact_priority,
4316                      int *compaction_retries)
4317 {
4318         struct zone *zone;
4319         struct zoneref *z;
4320
4321         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4322                 return false;
4323
4324         /*
4325          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4326          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4327          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4328          * watermarks are OK.
4329          */
4330         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4331                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4332                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4333                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4334                         return true;
4335         }
4336         return false;
4337 }
4338 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4339
4340 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4341 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4342         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4343
4344 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4345 {
4346         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4347
4348         /* no reclaim without waiting on it */
4349         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4350                 return false;
4351
4352         /* this guy won't enter reclaim */
4353         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4354                 return false;
4355
4356         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4357         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4358                 return false;
4359
4360         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4361                 return false;
4362
4363         return true;
4364 }
4365
4366 void __fs_reclaim_acquire(void)
4367 {
4368         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4369 }
4370
4371 void __fs_reclaim_release(void)
4372 {
4373         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4374 }
4375
4376 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4377 {
4378         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4379                 __fs_reclaim_acquire();
4380 }
4381 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4382
4383 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4384 {
4385         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4386                 __fs_reclaim_release();
4387 }
4388 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4389 #endif
4390
4391 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4392 static unsigned long
4393 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4394                                         const struct alloc_context *ac)
4395 {
4396         unsigned int noreclaim_flag;
4397         unsigned long pflags, progress;
4398
4399         cond_resched();
4400
4401         /* We now go into synchronous reclaim */
4402         cpuset_memory_pressure_bump();
4403         psi_memstall_enter(&pflags);
4404         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4405         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4406
4407         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4408                                                                 ac->nodemask);
4409
4410         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4411         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4412         psi_memstall_leave(&pflags);
4413
4414         cond_resched();
4415
4416         return progress;
4417 }
4418
4419 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4420 static inline struct page *
4421 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4422                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4423                 unsigned long *did_some_progress)
4424 {
4425         struct page *page = NULL;
4426         bool drained = false;
4427
4428         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4429         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4430                 return NULL;
4431
4432 retry:
4433         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4434
4435         /*
4436          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4437          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4438          * Shrink them and try again
4439          */
4440         if (!page && !drained) {
4441                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4442                 drain_all_pages(NULL);
4443                 drained = true;
4444                 goto retry;
4445         }
4446
4447         return page;
4448 }
4449
4450 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4451                              const struct alloc_context *ac)
4452 {
4453         struct zoneref *z;
4454         struct zone *zone;
4455         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4456         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4457
4458         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4459                                         ac->nodemask) {
4460                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4461                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4462                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4463         }
4464 }
4465
4466 static inline unsigned int
4467 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4468 {
4469         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4470
4471         /*
4472          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4473          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4474          * to save two branches.
4475          */
4476         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4477         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4478
4479         /*
4480          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4481          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4482          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4483          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4484          */
4485         alloc_flags |= (__force int)
4486                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4487
4488         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4489                 /*
4490                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4491                  * if it can't schedule.
4492                  */
4493                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4494                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4495                 /*
4496                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4497                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4498                  */
4499                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4500         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4501                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4502
4503         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4504
4505         return alloc_flags;
4506 }
4507
4508 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4509 {
4510         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4511                 return false;
4512
4513         /*
4514          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4515          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4516          */
4517         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4518                 return false;
4519
4520         return true;
4521 }
4522
4523 /*
4524  * Distinguish requests which really need access to full memory
4525  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4526  */
4527 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4528 {
4529         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4530                 return 0;
4531         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4532                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4533         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4534                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4535         if (!in_interrupt()) {
4536                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4537                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4538                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4539                         return ALLOC_OOM;
4540         }
4541
4542         return 0;
4543 }
4544
4545 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4546 {
4547         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4548 }
4549
4550 /*
4551  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4552  * for the given allocation request.
4553  *
4554  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4555  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4556  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4557  *
4558  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4559  */
4560 static inline bool
4561 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4562                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4563                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4564 {
4565         struct zone *zone;
4566         struct zoneref *z;
4567         bool ret = false;
4568
4569         /*
4570          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4571          * their order will become available due to high fragmentation so
4572          * always increment the no progress counter for them
4573          */
4574         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4575                 *no_progress_loops = 0;
4576         else
4577                 (*no_progress_loops)++;
4578
4579         /*
4580          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4581          * several times in the row.
4582          */
4583         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4584                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4585                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4586         }
4587
4588         /*
4589          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4590          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4591          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4592          * screwed and have to go OOM.
4593          */
4594         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4595                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4596                 unsigned long available;
4597                 unsigned long reclaimable;
4598                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4599                 bool wmark;
4600
4601                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4602                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4603
4604                 /*
4605                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4606                  * reclaimable pages?
4607                  */
4608                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4609                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4610                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4611                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4612                 if (wmark) {
4613                         /*
4614                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4615                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4616                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4617                          * prevent from pre mature OOM
4618                          */
4619                         if (!did_some_progress) {
4620                                 unsigned long write_pending;
4621
4622                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4623                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4624
4625                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4626                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4627                                         return true;
4628                                 }
4629                         }
4630
4631                         ret = true;
4632                         goto out;
4633                 }
4634         }
4635
4636 out:
4637         /*
4638          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4639          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4640          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4641          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4642          * here rather than calling cond_resched().
4643          */
4644         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4645                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4646         else
4647                 cond_resched();
4648         return ret;
4649 }
4650
4651 static inline bool
4652 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4653 {
4654         /*
4655          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4656          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4657          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4658          * such a way the check therein was true, and then it became false
4659          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4660          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4661          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4662          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4663          * caller can deal with a violated nodemask.
4664          */
4665         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4666                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4667                 ac->nodemask = NULL;
4668                 return true;
4669         }
4670
4671         /*
4672          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4673          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4674          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4675          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4676          * retry.
4677          */
4678         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4679                 return true;
4680
4681         return false;
4682 }
4683
4684 static inline struct page *
4685 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4686                                                 struct alloc_context *ac)
4687 {
4688         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4689         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4690         struct page *page = NULL;
4691         unsigned int alloc_flags;
4692         unsigned long did_some_progress;
4693         enum compact_priority compact_priority;
4694         enum compact_result compact_result;
4695         int compaction_retries;
4696         int no_progress_loops;
4697         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4698         int reserve_flags;
4699
4700         /*
4701          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4702          * callers that are not in atomic context.
4703          */
4704         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4705                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4706                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4707
4708 retry_cpuset:
4709         compaction_retries = 0;
4710         no_progress_loops = 0;
4711         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4712         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4713
4714         /*
4715          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4716          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4717          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4718          */
4719         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4720
4721         /*
4722          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4723          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4724          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4725          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4726          */
4727         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4728                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4729         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4730                 goto nopage;
4731
4732         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4733                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4734
4735         /*
4736          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4737          * that first
4738          */
4739         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4740         if (page)
4741                 goto got_pg;
4742
4743         /*
4744          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4745          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4746          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4747          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4748          * same migratetype.
4749          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4750          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4751          */
4752         if (can_direct_reclaim &&
4753                         (costly_order ||
4754                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4755                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4756                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4757                                                 alloc_flags, ac,
4758                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4759                                                 &compact_result);
4760                 if (page)
4761                         goto got_pg;
4762
4763                 /*
4764                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4765                  * includes some THP page fault allocations
4766                  */
4767                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4768                         /*
4769                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4770                          * failed because all zones are below low watermarks
4771                          * or is prohibited because it recently failed at this
4772                          * order, fail immediately unless the allocator has
4773                          * requested compaction and reclaim retry.
4774                          *
4775                          * Reclaim is
4776                          *  - potentially very expensive because zones are far
4777                          *    below their low watermarks or this is part of very
4778                          *    bursty high order allocations,
4779                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4780                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4781                          *    linear scan, and
4782                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4783                          *    own.
4784                          */
4785                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4786                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4787                                 goto nopage;
4788
4789                         /*
4790                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4791                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4792                          * using async compaction.
4793                          */
4794                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4795                 }
4796         }
4797
4798 retry:
4799         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4800         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4801                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4802
4803         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4804         if (reserve_flags)
4805                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4806
4807         /*
4808          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4809          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4810          * user oriented.
4811          */
4812         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4813                 ac->nodemask = NULL;
4814                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4815                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4816         }
4817
4818         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4819         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4820         if (page)
4821                 goto got_pg;
4822
4823         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4824         if (!can_direct_reclaim)
4825                 goto nopage;
4826
4827         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4828         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4829                 goto nopage;
4830
4831         /* Try direct reclaim and then allocating */
4832         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4833                                                         &did_some_progress);
4834         if (page)
4835                 goto got_pg;
4836
4837         /* Try direct compaction and then allocating */
4838         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4839                                         compact_priority, &compact_result);
4840         if (page)
4841                 goto got_pg;
4842
4843         /* Do not loop if specifically requested */
4844         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4845                 goto nopage;
4846
4847         /*
4848          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4849          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4850          */
4851         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4852                 goto nopage;
4853
4854         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4855                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4856                 goto retry;
4857
4858         /*
4859          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4860          * reclaim is not able to make any progress because the current
4861          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4862          * of free memory (see __compaction_suitable)
4863          */
4864         if (did_some_progress > 0 &&
4865                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4866                                 compact_result, &compact_priority,
4867                                 &compaction_retries))
4868                 goto retry;
4869
4870
4871         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4872         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4873                 goto retry_cpuset;
4874
4875         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4876         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4877         if (page)
4878                 goto got_pg;
4879
4880         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4881         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4882             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4883              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4884                 goto nopage;
4885
4886         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4887         if (did_some_progress) {
4888                 no_progress_loops = 0;
4889                 goto retry;
4890         }
4891
4892 nopage:
4893         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4894         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4895                 goto retry_cpuset;
4896
4897         /*
4898          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4899          * we always retry
4900          */
4901         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4902                 /*
4903                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4904                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4905                  */
4906                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4907                         goto fail;
4908
4909                 /*
4910                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4911                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4912                  * for somebody to do a work for us
4913                  */
4914                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4915
4916                 /*
4917                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4918                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4919                  * so that we can identify them and convert them to something
4920                  * else.
4921                  */
4922                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4923
4924                 /*
4925                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4926                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4927                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4928                  * the situation worse
4929                  */
4930                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4931                 if (page)
4932                         goto got_pg;
4933
4934                 cond_resched();
4935                 goto retry;
4936         }
4937 fail:
4938         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4939                         "page allocation failure: order:%u", order);
4940 got_pg:
4941         return page;
4942 }
4943
4944 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4945                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4946                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4947                 unsigned int *alloc_flags)
4948 {
4949         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4950         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4951         ac->nodemask = nodemask;
4952         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4953
4954         if (cpusets_enabled()) {
4955                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4956                 /*
4957                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4958                  * to the current task context. It means that any node ok.
4959                  */
4960                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4961                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4962                 else
4963                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4964         }
4965
4966         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4967         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4968
4969         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4970
4971         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4972                 return false;
4973
4974         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4975
4976         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4977         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4978
4979         /*
4980          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4981          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4982          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4983          */
4984         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4985                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4986
4987         return true;
4988 }
4989
4990 /*
4991  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4992  */
4993 struct page *
4994 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4995                                                         nodemask_t *nodemask)
4996 {
4997         struct page *page;
4998         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4999         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5000         struct alloc_context ac = { };
5001
5002         /*
5003          * There are several places where we assume that the order value is sane
5004          * so bail out early if the request is out of bound.
5005          */
5006         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5007                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
5008                 return NULL;
5009         }
5010
5011         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
5012         alloc_mask = gfp_mask;
5013         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
5014                 return NULL;
5015
5016         /*
5017          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5018          * memory until all local zones are considered.
5019          */
5020         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
5021
5022         /* First allocation attempt */
5023         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
5024         if (likely(page))
5025                 goto out;
5026
5027         /*
5028          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5029          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5030          * from a particular context which has been marked by
5031          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
5032          */
5033         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
5034         ac.spread_dirty_pages = false;
5035
5036         /*
5037          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5038          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5039          */
5040         ac.nodemask = nodemask;
5041
5042         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
5043
5044 out:
5045         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5046             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
5047                 __free_pages(page, order);
5048                 page = NULL;
5049         }
5050
5051         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
5052
5053         return page;
5054 }
5055 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
5056
5057 /*
5058  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5059  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5060  * you need to access high mem.
5061  */
5062 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5063 {
5064         struct page *page;
5065
5066         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5067         if (!page)
5068                 return 0;
5069         return (unsigned long) page_address(page);
5070 }
5071 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5072
5073 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5074 {
5075         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5076 }
5077 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5078
5079 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5080 {
5081         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5082                 free_unref_page(page);
5083         else
5084                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5085 }
5086
5087 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5088 {
5089         if (put_page_testzero(page))
5090                 free_the_page(page, order);
5091         else if (!PageHead(page))
5092                 while (order-- > 0)
5093                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5094 }
5095 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5096
5097 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5098 {
5099         if (addr != 0) {
5100                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5101                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5102         }
5103 }
5104
5105 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5106
5107 /*
5108  * Page Fragment:
5109  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5110  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5111  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5112  *
5113  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5114  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5115  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5116  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5117  */
5118 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5119                                              gfp_t gfp_mask)
5120 {
5121         struct page *page = NULL;
5122         gfp_t gfp = gfp_mask;
5123
5124 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5125         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5126                     __GFP_NOMEMALLOC;
5127         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5128                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5129         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5130 #endif
5131         if (unlikely(!page))
5132                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5133
5134         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5135
5136         return page;
5137 }
5138
5139 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5140 {
5141         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5142
5143         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5144                 free_the_page(page, compound_order(page));
5145 }
5146 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5147
5148 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5149                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5150 {
5151         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5152         struct page *page;
5153         int offset;
5154
5155         if (unlikely(!nc->va)) {
5156 refill:
5157                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5158                 if (!page)
5159                         return NULL;
5160
5161 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5162                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5163                 size = nc->size;
5164 #endif
5165                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5166                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5167                  */
5168                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5169
5170                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5171                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5172                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5173                 nc->offset = size;
5174         }
5175
5176         offset = nc->offset - fragsz;
5177         if (unlikely(offset < 0)) {
5178                 page = virt_to_page(nc->va);
5179
5180                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5181                         goto refill;
5182
5183                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5184                         free_the_page(page, compound_order(page));
5185                         goto refill;
5186                 }
5187
5188 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5189                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5190                 size = nc->size;
5191 #endif
5192                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5193                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5194
5195                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5196                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5197                 offset = size - fragsz;
5198         }
5199
5200         nc->pagecnt_bias--;
5201         nc->offset = offset;
5202
5203         return nc->va + offset;
5204 }
5205 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5206
5207 /*
5208  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5209  */
5210 void page_frag_free(void *addr)
5211 {
5212         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5213
5214         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5215                 free_the_page(page, compound_order(page));
5216 }
5217 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5218
5219 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5220                 size_t size)
5221 {
5222         if (addr) {
5223                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5224                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5225
5226                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5227                 while (used < alloc_end) {
5228                         free_page(used);
5229                         used += PAGE_SIZE;
5230                 }
5231         }
5232         return (void *)addr;
5233 }
5234
5235 /**
5236  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5237  * @size: the number of bytes to allocate
5238  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5239  *
5240  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5241  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5242  * allocate memory in power-of-two pages.
5243  *
5244  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5245  *
5246  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5247  *
5248  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5249  */
5250 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5251 {
5252         unsigned int order = get_order(size);
5253         unsigned long addr;
5254
5255         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5256                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5257
5258         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5259         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5260 }
5261 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5262
5263 /**
5264  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5265  *                         pages on a node.
5266  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5267  * @size: the number of bytes to allocate
5268  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5269  *
5270  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5271  * back.
5272  *
5273  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5274  */
5275 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5276 {
5277         unsigned int order = get_order(size);
5278         struct page *p;
5279
5280         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5281                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5282
5283         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5284         if (!p)
5285                 return NULL;
5286         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5287 }
5288
5289 /**
5290  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5291  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5292  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5293  *
5294  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5295  */
5296 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5297 {
5298         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5299         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5300
5301         while (addr < end) {
5302                 free_page(addr);
5303                 addr += PAGE_SIZE;
5304         }
5305 }
5306 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5307
5308 /**
5309  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5310  * @offset: The zone index of the highest zone
5311  *
5312  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5313  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5314  * zone, the number of pages is calculated as:
5315  *
5316  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5317  *
5318  * Return: number of pages beyond high watermark.
5319  */
5320 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5321 {
5322         struct zoneref *z;
5323         struct zone *zone;
5324
5325         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5326         unsigned long sum = 0;
5327
5328         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5329
5330         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5331                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5332                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5333                 if (size > high)
5334                         sum += size - high;
5335         }
5336
5337         return sum;
5338 }
5339
5340 /**
5341  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5342  *
5343  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5344  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5345  *
5346  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5347  * ZONE_NORMAL.
5348  */
5349 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5350 {
5351         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5352 }
5353 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5354
5355 static inline void show_node(struct zone *zone)
5356 {
5357         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5358                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5359 }
5360
5361 long si_mem_available(void)
5362 {
5363         long available;
5364         unsigned long pagecache;
5365         unsigned long wmark_low = 0;
5366         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5367         unsigned long reclaimable;
5368         struct zone *zone;
5369         int lru;
5370
5371         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5372                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5373
5374         for_each_zone(zone)
5375                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5376
5377         /*
5378          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5379          * without causing swapping.
5380          */
5381         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5382
5383         /*
5384          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5385          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5386          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5387          */
5388         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5389         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5390         available += pagecache;
5391
5392         /*
5393          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5394          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5395          * low watermark.
5396          */
5397         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5398                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5399         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5400
5401         if (available < 0)
5402                 available = 0;
5403         return available;
5404 }
5405 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5406
5407 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5408 {
5409         val->totalram = totalram_pages();
5410         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5411         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5412         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5413         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5414         val->freehigh = nr_free_highpages();
5415         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5416 }
5417
5418 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5419
5420 #ifdef CONFIG_NUMA
5421 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5422 {
5423         int zone_type;          /* needs to be signed */
5424         unsigned long managed_pages = 0;
5425         unsigned long managed_highpages = 0;
5426         unsigned long free_highpages = 0;
5427         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5428
5429         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5430                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5431         val->totalram = managed_pages;
5432         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5433         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5434 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5435         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5436                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5437
5438                 if (is_highmem(zone)) {
5439                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5440                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5441                 }
5442         }
5443         val->totalhigh = managed_highpages;
5444         val->freehigh = free_highpages;
5445 #else
5446         val->totalhigh = managed_highpages;
5447         val->freehigh = free_highpages;
5448 #endif
5449         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5450 }
5451 #endif
5452
5453 /*
5454  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5455  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5456  */
5457 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5458 {
5459         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5460                 return false;
5461
5462         /*
5463          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5464          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5465          * have to be precise here.
5466          */
5467         if (!nodemask)
5468                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5469
5470         return !node_isset(nid, *nodemask);
5471 }
5472
5473 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5474
5475 static void show_migration_types(unsigned char type)
5476 {
5477         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5478                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5479                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5480                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5481                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5482 #ifdef CONFIG_CMA
5483                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5484 #endif
5485 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5486                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5487 #endif
5488         };
5489         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5490         char *p = tmp;
5491         int i;
5492
5493         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5494                 if (type & (1 << i))
5495                         *p++ = types[i];
5496         }
5497
5498         *p = '\0';
5499         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5500 }
5501
5502 /*
5503  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5504  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5505  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5506  *
5507  * Bits in @filter:
5508  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5509  *   cpuset.
5510  */
5511 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5512 {
5513         unsigned long free_pcp = 0;
5514         int cpu;
5515         struct zone *zone;
5516         pg_data_t *pgdat;
5517
5518         for_each_populated_zone(zone) {
5519                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5520                         continue;
5521
5522                 for_each_online_cpu(cpu)
5523                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5524         }
5525
5526         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5527                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5528                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5529                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5530                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5531                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5532                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5533                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5534                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5535                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5536                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5537                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5538                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5539                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5540                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5541                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5542                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5543                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5544                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5545                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5546                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5547                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5548                 free_pcp,
5549                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5550
5551         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5552                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5553                         continue;
5554
5555                 printk("Node %d"
5556                         " active_anon:%lukB"
5557                         " inactive_anon:%lukB"
5558                         " active_file:%lukB"
5559                         " inactive_file:%lukB"
5560                         " unevictable:%lukB"
5561                         " isolated(anon):%lukB"
5562                         " isolated(file):%lukB"
5563                         " mapped:%lukB"
5564                         " dirty:%lukB"
5565                         " writeback:%lukB"
5566                         " shmem:%lukB"
5567 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5568                         " shmem_thp: %lukB"
5569 #ifdef CONFIG_FINEGRAINED_THP
5570                         " shmem_64kb_thp: %lukB"
5571 #endif /* CONFIG_FINEGRAINED_THP */
5572                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5573                         " anon_thp: %lukB"
5574 #endif
5575                         " writeback_tmp:%lukB"
5576                         " kernel_stack:%lukB"
5577 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5578                         " shadow_call_stack:%lukB"
5579 #endif
5580                         " all_unreclaimable? %s"
5581                         "\n",
5582                         pgdat->node_id,
5583                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5584                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5585                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5586                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5587                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5588                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5589                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5590                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5591                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5592                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5593                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5594 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5595                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5596 #ifdef CONFIG_FINEGRAINED_THP
5597                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_64KB_THPS) * HPAGE_CONT_PTE_NR),
5598 #endif /* CONFIG_FINEGRAINED_THP */
5599                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5600                                         * HPAGE_PMD_NR),
5601                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5602 #endif
5603                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5604                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5605 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5606                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5607 #endif
5608                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5609                                 "yes" : "no");
5610         }
5611
5612         for_each_populated_zone(zone) {
5613                 int i;
5614
5615                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5616                         continue;
5617
5618                 free_pcp = 0;
5619                 for_each_online_cpu(cpu)
5620                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5621
5622                 show_node(zone);
5623                 printk(KERN_CONT
5624                         "%s"
5625                         " free:%lukB"
5626                         " min:%lukB"
5627                         " low:%lukB"
5628                         " high:%lukB"
5629                         " reserved_highatomic:%luKB"
5630                         " active_anon:%lukB"
5631                         " inactive_anon:%lukB"
5632                         " active_file:%lukB"
5633                         " inactive_file:%lukB"
5634                         " unevictable:%lukB"
5635                         " writepending:%lukB"
5636                         " present:%lukB"
5637                         " managed:%lukB"
5638                         " mlocked:%lukB"
5639                         " pagetables:%lukB"
5640                         " bounce:%lukB"
5641                         " free_pcp:%lukB"
5642                         " local_pcp:%ukB"
5643                         " free_cma:%lukB"
5644                         "\n",
5645                         zone->name,
5646                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5647                         K(min_wmark_pages(zone)),
5648                         K(low_wmark_pages(zone)),
5649                         K(high_wmark_pages(zone)),
5650                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5651                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5652                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5653                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5654                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5655                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5656                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5657                         K(zone->present_pages),
5658                         K(zone_managed_pages(zone)),
5659                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5660                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5661                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5662                         K(free_pcp),
5663                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5664                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5665                 printk("lowmem_reserve[]:");
5666                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5667                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5668                 printk(KERN_CONT "\n");
5669         }
5670
5671         for_each_populated_zone(zone) {
5672                 unsigned int order;
5673                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5674                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5675
5676                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5677                         continue;
5678                 show_node(zone);
5679                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5680
5681                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5682                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5683                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5684                         int type;
5685
5686                         nr[order] = area->nr_free;
5687                         total += nr[order] << order;
5688
5689                         types[order] = 0;
5690                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5691                                 if (!free_area_empty(area, type))
5692                                         types[order] |= 1 << type;
5693                         }
5694                 }
5695                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5696                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5697                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5698                                nr[order], K(1UL) << order);
5699                         if (nr[order])
5700                                 show_migration_types(types[order]);
5701                 }
5702                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5703         }
5704
5705         hugetlb_show_meminfo();
5706
5707         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5708
5709         show_swap_cache_info();
5710 }
5711
5712 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5713 {
5714         zoneref->zone = zone;
5715         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5716 }
5717
5718 /*
5719  * Builds allocation fallback zone lists.
5720  *
5721  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5722  */
5723 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5724 {
5725         struct zone *zone;
5726         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5727         int nr_zones = 0;
5728
5729         do {
5730                 zone_type--;
5731                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5732                 if (managed_zone(zone)) {
5733                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5734                         check_highest_zone(zone_type);
5735                 }
5736         } while (zone_type);
5737
5738         return nr_zones;
5739 }
5740
5741 #ifdef CONFIG_NUMA
5742
5743 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5744 {
5745         /*
5746          * We used to support different zonlists modes but they turned
5747          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5748          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5749          * not fail it silently
5750          */
5751         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5752                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5753                 return -EINVAL;
5754         }
5755         return 0;
5756 }
5757
5758 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5759
5760 /*
5761  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5762  */
5763 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5764                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5765 {
5766         if (write)
5767                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5768         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5769 }
5770
5771
5772 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5773 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5774
5775 /**
5776  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5777  * @node: node whose fallback list we're appending
5778  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5779  *
5780  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5781  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5782  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5783  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5784  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5785  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5786  * on them otherwise.
5787  *
5788  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5789  */
5790 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5791 {
5792         int n, val;
5793         int min_val = INT_MAX;
5794         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5795
5796         /* Use the local node if we haven't already */
5797         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5798                 node_set(node, *used_node_mask);
5799                 return node;
5800         }
5801
5802         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5803
5804                 /* Don't want a node to appear more than once */
5805                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5806                         continue;
5807
5808                 /* Use the distance array to find the distance */
5809                 val = node_distance(node, n);
5810
5811                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5812                 val += (n < node);
5813
5814                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5815                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5816                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5817
5818                 /* Slight preference for less loaded node */
5819                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5820                 val += node_load[n];
5821
5822                 if (val < min_val) {
5823                         min_val = val;
5824                         best_node = n;
5825                 }
5826         }
5827
5828         if (best_node >= 0)
5829                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5830
5831         return best_node;
5832 }
5833
5834
5835 /*
5836  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5837  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5838  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5839  */
5840 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5841                 unsigned nr_nodes)
5842 {
5843         struct zoneref *zonerefs;
5844         int i;
5845
5846         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5847
5848         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5849                 int nr_zones;
5850
5851                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5852
5853                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5854                 zonerefs += nr_zones;
5855         }
5856         zonerefs->zone = NULL;
5857         zonerefs->zone_idx = 0;
5858 }
5859
5860 /*
5861  * Build gfp_thisnode zonelists
5862  */
5863 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5864 {
5865         struct zoneref *zonerefs;
5866         int nr_zones;
5867
5868         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5869         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5870         zonerefs += nr_zones;
5871         zonerefs->zone = NULL;
5872         zonerefs->zone_idx = 0;
5873 }
5874
5875 /*
5876  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5877  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5878  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5879  * may still exist in local DMA zone.
5880  */
5881
5882 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5883 {
5884         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5885         int node, load, nr_nodes = 0;
5886         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5887         int local_node, prev_node;
5888
5889         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5890         local_node = pgdat->node_id;
5891         load = nr_online_nodes;
5892         prev_node = local_node;
5893
5894         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5895         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5896                 /*
5897                  * We don't want to pressure a particular node.
5898                  * So adding penalty to the first node in same
5899                  * distance group to make it round-robin.
5900                  */
5901                 if (node_distance(local_node, node) !=
5902                     node_distance(local_node, prev_node))
5903                         node_load[node] = load;
5904
5905                 node_order[nr_nodes++] = node;
5906                 prev_node = node;
5907                 load--;
5908         }
5909
5910         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5911         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5912 }
5913
5914 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5915 /*
5916  * Return node id of node used for "local" allocations.
5917  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5918  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5919  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5920  */
5921 int local_memory_node(int node)
5922 {
5923         struct zoneref *z;
5924
5925         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5926                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5927                                    NULL);
5928         return zone_to_nid(z->zone);
5929 }
5930 #endif
5931
5932 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5933 static void setup_min_slab_ratio(void);
5934 #else   /* CONFIG_NUMA */
5935
5936 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5937 {
5938         int node, local_node;
5939         struct zoneref *zonerefs;
5940         int nr_zones;
5941
5942         local_node = pgdat->node_id;
5943
5944         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5945         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5946         zonerefs += nr_zones;
5947
5948         /*
5949          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5950          * of all the other nodes.
5951          * We don't want to pressure a particular node, so when
5952          * building the zones for node N, we make sure that the
5953          * zones coming right after the local ones are those from
5954          * node N+1 (modulo N)
5955          */
5956         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5957                 if (!node_online(node))
5958                         continue;
5959                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5960                 zonerefs += nr_zones;
5961         }
5962         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5963                 if (!node_online(node))
5964                         continue;
5965                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5966                 zonerefs += nr_zones;
5967         }
5968
5969         zonerefs->zone = NULL;
5970         zonerefs->zone_idx = 0;
5971 }
5972
5973 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5974
5975 /*
5976  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5977  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5978  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5979  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5980  * with interrupts disabled.
5981  *
5982  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5983  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5984  * hotplugged processors.
5985  *
5986  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5987  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5988  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5989  */
5990 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5991 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5992 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5993
5994 static void __build_all_zonelists(void *data)
5995 {
5996         int nid;
5997         int __maybe_unused cpu;
5998         pg_data_t *self = data;
5999         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6000
6001         spin_lock(&lock);
6002
6003 #ifdef CONFIG_NUMA
6004         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6005 #endif
6006
6007         /*
6008          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6009          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6010          */
6011         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6012                 build_zonelists(self);
6013         } else {
6014                 for_each_online_node(nid) {
6015                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6016
6017                         build_zonelists(pgdat);
6018                 }
6019
6020 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6021                 /*
6022                  * We now know the "local memory node" for each node--
6023                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6024                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6025                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6026                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6027                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6028                  */
6029                 for_each_online_cpu(cpu)
6030                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6031 #endif
6032         }
6033
6034         spin_unlock(&lock);
6035 }
6036
6037 static noinline void __init
6038 build_all_zonelists_init(void)
6039 {
6040         int cpu;
6041
6042         __build_all_zonelists(NULL);
6043
6044         /*
6045          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6046          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6047          * each zone will be allocated later when the per cpu
6048          * allocator is available.
6049          *
6050          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6051          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6052          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6053          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6054          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6055          * (a chicken-egg dilemma).
6056          */
6057         for_each_possible_cpu(cpu)
6058                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
6059
6060         mminit_verify_zonelist();
6061         cpuset_init_current_mems_allowed();
6062 }
6063
6064 /*
6065  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6066  *
6067  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6068  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6069  */
6070 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6071 {
6072         unsigned long vm_total_pages;
6073
6074         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6075                 build_all_zonelists_init();
6076         } else {
6077                 __build_all_zonelists(pgdat);
6078                 /* cpuset refresh routine should be here */
6079         }
6080         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6081         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6082         /*
6083          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6084          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6085          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6086          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6087          * disabled and enable it later
6088          */
6089         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6090                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6091         else
6092                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6093
6094         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6095                 nr_online_nodes,
6096                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6097                 vm_total_pages);
6098 #ifdef CONFIG_NUMA
6099         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6100 #endif
6101 }
6102
6103 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6104 static bool __meminit
6105 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6106 {
6107         static struct memblock_region *r;
6108
6109         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6110                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6111                         for_each_mem_region(r) {
6112                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6113                                         break;
6114                         }
6115                 }
6116                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6117                     memblock_is_mirror(r)) {
6118                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6119                         return true;
6120                 }
6121         }
6122         return false;
6123 }
6124
6125 /*
6126  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6127  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6128  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6129  *
6130  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6131  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6132  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6133  */
6134 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6135                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6136                 enum meminit_context context,
6137                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6138 {
6139         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6140         struct page *page;
6141
6142         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6143                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6144
6145 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6146         /*
6147          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6148          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6149          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6150          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6151          * the hotplug lock.
6152          */
6153         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6154                 if (!altmap)
6155                         return;
6156
6157                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6158                         start_pfn += altmap->reserve;
6159                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6160         }
6161 #endif
6162
6163         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6164                 /*
6165                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6166                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6167                  */
6168                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6169                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6170                                 continue;
6171                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6172                                 break;
6173                 }
6174
6175                 page = pfn_to_page(pfn);
6176                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6177                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6178                         __SetPageReserved(page);
6179
6180                 /*
6181                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6182                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6183                  * over the place during system boot.
6184                  */
6185                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6186                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6187                         cond_resched();
6188                 }
6189                 pfn++;
6190         }
6191 }
6192
6193 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6194 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6195                                    unsigned long start_pfn,
6196                                    unsigned long nr_pages,
6197                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6198 {
6199         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6200         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6201         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6202         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6203         unsigned long start = jiffies;
6204         int nid = pgdat->node_id;
6205
6206         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6207                 return;
6208
6209         /*
6210          * The call to memmap_init should have already taken care
6211          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6212          * the end of that region and start processing the device pages.
6213          */
6214         if (altmap) {
6215                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6216                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6217         }
6218
6219         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6220                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6221
6222                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6223
6224                 /*
6225                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6226                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6227                  *
6228                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6229                  * the flag as we are still initializing the pages.
6230                  */
6231                 __SetPageReserved(page);
6232
6233                 /*
6234                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6235                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6236                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6237                  */
6238                 page->pgmap = pgmap;
6239                 page->zone_device_data = NULL;
6240
6241                 /*
6242                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6243                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6244                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6245                  * the address space during boot when many long-lived
6246                  * kernel allocations are made.
6247                  *
6248                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6249                  * because this is done early in section_activate()
6250                  */
6251                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6252                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6253                         cond_resched();
6254                 }
6255         }
6256
6257         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6258                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6259 }
6260
6261 #endif
6262 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6263 {
6264         unsigned int order, t;
6265         for_each_migratetype_order(order, t) {
6266                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6267                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6268         }
6269 }
6270
6271 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6272 /*
6273  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6274  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6275  * memmap_init_zone_range().
6276  *
6277  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6278  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6279  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6280  *   arbitrary section size
6281  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6282  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6283  *   nicely with memmap sections
6284  *
6285  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6286  * - PG_Reserved is set
6287  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6288  *   hole is in the middle of a zone
6289  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6290  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6291  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6292  *   section that will be appended to the zone/node below.
6293  */
6294 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6295                                           unsigned long epfn,
6296                                           int zone, int node)
6297 {
6298         unsigned long pfn;
6299         u64 pgcnt = 0;
6300
6301         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6302                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6303                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6304                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6305                         continue;
6306                 }
6307                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6308                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6309                 pgcnt++;
6310         }
6311
6312         if (pgcnt)
6313                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6314                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6315 }
6316 #else
6317 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6318                                           unsigned long epfn,
6319                                           int zone, int node)
6320 {
6321 }
6322 #endif
6323
6324 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6325                                           unsigned long start_pfn,
6326                                           unsigned long end_pfn,
6327                                           unsigned long *hole_pfn)
6328 {
6329         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6330         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6331         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6332
6333         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6334         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6335
6336         if (start_pfn >= end_pfn)
6337                 return;
6338
6339         memmap_init_zone(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6340                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6341
6342         if (*hole_pfn < start_pfn)
6343                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6344
6345         *hole_pfn = end_pfn;
6346 }
6347
6348 void __init __weak memmap_init(void)
6349 {
6350         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6351         unsigned long hole_pfn = 0;
6352         int i, j, zone_id, nid;
6353
6354         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6355                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6356
6357                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6358                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6359
6360                         if (!populated_zone(zone))
6361                                 continue;
6362
6363                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6364                                                &hole_pfn);
6365                         zone_id = j;
6366                 }
6367         }
6368
6369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6370         /*
6371          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6372          * section_end].
6373          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6374          * node.
6375          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6376          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6377          * for FLATMEM it is a nop anyway
6378          */
6379         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6380         if (hole_pfn < end_pfn)
6381 #endif
6382                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6383 }
6384
6385 /* A stub for backwards compatibility with custom implementatin on IA-64 */
6386 void __meminit __weak arch_memmap_init(unsigned long size, int nid,
6387                                        unsigned long zone,
6388                                        unsigned long range_start_pfn)
6389 {
6390 }
6391
6392 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6393 {
6394 #ifdef CONFIG_MMU
6395         int batch;
6396
6397         /*
6398          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6399          * size of the zone.
6400          */
6401         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6402         /* But no more than a meg. */
6403         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6404                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6405         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6406         if (batch < 1)
6407                 batch = 1;
6408
6409         /*
6410          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6411          * of 2 value was found to be more likely to have
6412          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6413          *
6414          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6415          * batches of pages, one task can end up with a lot
6416          * of pages of one half of the possible page colors
6417          * and the other with pages of the other colors.
6418          */
6419         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6420
6421         return batch;
6422
6423 #else
6424         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6425          * conditions.
6426          *
6427          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6428          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6429          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6430          *
6431          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6432          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6433          * can be a significant delay between the individual batches being
6434          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6435          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6436          */
6437         return 0;
6438 #endif
6439 }
6440
6441 /*
6442  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6443  * ->batch must never be higher then ->high.
6444  * The following function updates them in a safe manner without read side
6445  * locking.
6446  *
6447  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6448  * those fields changing asynchronously (acording to the above rule).
6449  *
6450  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6451  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6452  * exist).
6453  */
6454 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6455                 unsigned long batch)
6456 {
6457        /* start with a fail safe value for batch */
6458         pcp->batch = 1;
6459         smp_wmb();
6460
6461        /* Update high, then batch, in order */
6462         pcp->high = high;
6463         smp_wmb();
6464
6465         pcp->batch = batch;
6466 }
6467
6468 /* a companion to pageset_set_high() */
6469 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6470 {
6471         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6472 }
6473
6474 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6475 {
6476         struct per_cpu_pages *pcp;
6477         int migratetype;
6478
6479         memset(p, 0, sizeof(*p));
6480
6481         pcp = &p->pcp;
6482         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6483                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6484 }
6485
6486 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6487 {
6488         pageset_init(p);
6489         pageset_set_batch(p, batch);
6490 }
6491
6492 /*
6493  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6494  * to the value high for the pageset p.
6495  */
6496 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6497                                 unsigned long high)
6498 {
6499         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6500         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6501                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6502
6503         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6504 }
6505
6506 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6507                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6508 {
6509         if (percpu_pagelist_fraction)
6510                 pageset_set_high(pcp,
6511                         (zone_managed_pages(zone) /
6512                                 percpu_pagelist_fraction));
6513         else
6514                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6515 }
6516
6517 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6518 {
6519         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6520
6521         pageset_init(pcp);
6522         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6523 }
6524
6525 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6526 {
6527         int cpu;
6528         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6529         for_each_possible_cpu(cpu)
6530                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6531 }
6532
6533 /*
6534  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6535  * Before this call only boot pagesets were available.
6536  */
6537 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6538 {
6539         struct pglist_data *pgdat;
6540         struct zone *zone;
6541         int __maybe_unused cpu;
6542
6543         for_each_populated_zone(zone)
6544                 setup_zone_pageset(zone);
6545
6546 #ifdef CONFIG_NUMA
6547         /*
6548          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6549          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6550          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6551          * the nodes these zones are associated with.
6552          */
6553         for_each_possible_cpu(cpu) {
6554                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6555                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6556                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6557         }
6558 #endif
6559
6560         for_each_online_pgdat(pgdat)
6561                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6562                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6563 }
6564
6565 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6566 {
6567         /*
6568          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6569          * relies on the ability of the linker to provide the
6570          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6571          */
6572         zone->pageset = &boot_pageset;
6573
6574         if (populated_zone(zone))
6575                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6576                         zone->name, zone->present_pages,
6577                                          zone_batchsize(zone));
6578 }
6579
6580 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6581                                         unsigned long zone_start_pfn,
6582                                         unsigned long size)
6583 {
6584         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6585         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6586
6587         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6588                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6589
6590         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6591
6592         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6593                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6594                         pgdat->node_id,
6595                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6596                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6597
6598         zone_init_free_lists(zone);
6599         zone->initialized = 1;
6600 }
6601
6602 /**
6603  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6604  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6605  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6606  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6607  *
6608  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6609  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6610  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6611  * PFNs will be 0.
6612  */
6613 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6614                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6615 {
6616         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6617         int i;
6618
6619         *start_pfn = -1UL;
6620         *end_pfn = 0;
6621
6622         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6623                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6624                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6625         }
6626
6627         if (*start_pfn == -1UL)
6628                 *start_pfn = 0;
6629 }
6630
6631 /*
6632  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6633  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6634  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6635  */
6636 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6637 {
6638         int zone_index;
6639         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6640                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6641                         continue;
6642
6643                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6644                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6645                         break;
6646         }
6647
6648         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6649         movable_zone = zone_index;
6650 }
6651
6652 /*
6653  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6654  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6655  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6656  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6657  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6658  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6659  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6660  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6661  */
6662 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6663                                         unsigned long zone_type,
6664                                         unsigned long node_start_pfn,
6665                                         unsigned long node_end_pfn,
6666                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6667                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6668 {
6669         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6670         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6671                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6672                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6673                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6674                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6675                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6676
6677                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6678                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6679                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6680                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6681                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6682
6683                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6684                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6685                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6686         }
6687 }
6688
6689 /*
6690  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6691  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6692  */
6693 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6694                                         unsigned long zone_type,
6695                                         unsigned long node_start_pfn,
6696                                         unsigned long node_end_pfn,
6697                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6698                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6699 {
6700         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6701         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6702         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6703         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6704                 return 0;
6705
6706         /* Get the start and end of the zone */
6707         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6708         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6709         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6710                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6711                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6712
6713         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6714         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6715                 return 0;
6716
6717         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6718         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6719         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6720
6721         /* Return the spanned pages */
6722         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6723 }
6724
6725 /*
6726  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6727  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6728  */
6729 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6730                                 unsigned long range_start_pfn,
6731                                 unsigned long range_end_pfn)
6732 {
6733         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6734         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6735         int i;
6736
6737         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6738                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6739                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6740                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6741         }
6742         return nr_absent;
6743 }
6744
6745 /**
6746  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6747  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6748  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6749  *
6750  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6751  */
6752 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6753                                                         unsigned long end_pfn)
6754 {
6755         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6756 }
6757
6758 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6759 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6760                                         unsigned long zone_type,
6761                                         unsigned long node_start_pfn,
6762                                         unsigned long node_end_pfn)
6763 {
6764         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6765         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6766         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6767         unsigned long nr_absent;
6768
6769         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6770         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6771                 return 0;
6772
6773         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6774         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6775
6776         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6777                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6778                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6779         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6780
6781         /*
6782          * ZONE_MOVABLE handling.
6783          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6784          * and vice versa.
6785          */
6786         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6787                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6788                 struct memblock_region *r;
6789
6790                 for_each_mem_region(r) {
6791                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6792                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6793                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6794                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6795
6796                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6797                             memblock_is_mirror(r))
6798                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6799
6800                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6801                             !memblock_is_mirror(r))
6802                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6803                 }
6804         }
6805
6806         return nr_absent;
6807 }
6808
6809 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6810                                                 unsigned long node_start_pfn,
6811                                                 unsigned long node_end_pfn)
6812 {
6813         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6814         enum zone_type i;
6815
6816         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6817                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6818                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6819                 unsigned long spanned, absent;
6820                 unsigned long size, real_size;
6821
6822                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6823                                                      node_start_pfn,
6824                                                      node_end_pfn,
6825                                                      &zone_start_pfn,
6826                                                      &zone_end_pfn);
6827                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6828                                                    node_start_pfn,
6829                                                    node_end_pfn);
6830
6831                 size = spanned;
6832                 real_size = size - absent;
6833
6834                 if (size)
6835                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6836                 else
6837                         zone->zone_start_pfn = 0;
6838                 zone->spanned_pages = size;
6839                 zone->present_pages = real_size;
6840
6841                 totalpages += size;
6842                 realtotalpages += real_size;
6843         }
6844
6845         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6846         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6847         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6848                                                         realtotalpages);
6849 }
6850
6851 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6852 /*
6853  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6854  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6855  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6856  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6857  * bytes.
6858  */
6859 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6860 {
6861         unsigned long usemapsize;
6862
6863         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6864         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6865         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6866         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6867         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6868
6869         return usemapsize / 8;
6870 }
6871
6872 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6873                                 struct zone *zone,
6874                                 unsigned long zone_start_pfn,
6875                                 unsigned long zonesize)
6876 {
6877         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6878         zone->pageblock_flags = NULL;
6879         if (usemapsize) {
6880                 zone->pageblock_flags =
6881                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6882                                             pgdat->node_id);
6883                 if (!zone->pageblock_flags)
6884                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6885                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6886         }
6887 }
6888 #else
6889 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6890                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6891 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6892
6893 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6894
6895 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6896 void __init set_pageblock_order(void)
6897 {
6898         unsigned int order;
6899
6900         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6901         if (pageblock_order)
6902                 return;
6903
6904         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6905                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6906         else
6907                 order = MAX_ORDER - 1;
6908
6909         /*
6910          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6911          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6912          * powerpc.
6913          */
6914         pageblock_order = order;
6915 }
6916 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6917
6918 /*
6919  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6920  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6921  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6922  * the kernel config
6923  */
6924 void __init set_pageblock_order(void)
6925 {
6926 }
6927
6928 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6929
6930 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6931                                                 unsigned long present_pages)
6932 {
6933         unsigned long pages = spanned_pages;
6934
6935         /*
6936          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6937          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6938          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6939          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6940          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6941          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6942          */
6943         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6944             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6945                 pages = present_pages;
6946
6947         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6948 }
6949
6950 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6951 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6952 {
6953         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6954
6955         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6956         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6957         ds_queue->split_queue_len = 0;
6958 }
6959 #else
6960 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6961 #endif
6962
6963 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6964 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6965 {
6966         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6967 }
6968 #else
6969 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6970 #endif
6971
6972 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6973 {
6974         pgdat_resize_init(pgdat);
6975
6976         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6977         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6978
6979         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6980         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6981
6982         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6983         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6984         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6985 }
6986
6987 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6988                                                         unsigned long remaining_pages)
6989 {
6990         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6991         zone_set_nid(zone, nid);
6992         zone->name = zone_names[idx];
6993         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6994         spin_lock_init(&zone->lock);
6995         zone_seqlock_init(zone);
6996         zone_pcp_init(zone);
6997 }
6998
6999 /*
7000  * Set up the zone data structures
7001  * - init pgdat internals
7002  * - init all zones belonging to this node
7003  *
7004  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7005  */
7006 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7007 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7008 {
7009         enum zone_type z;
7010         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7011
7012         pgdat_init_internals(pgdat);
7013         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7014                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7015 }
7016 #endif
7017
7018 /*
7019  * Set up the zone data structures:
7020  *   - mark all pages reserved
7021  *   - mark all memory queues empty
7022  *   - clear the memory bitmaps
7023  *
7024  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7025  * NOTE: this function is only called during early init.
7026  */
7027 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7028 {
7029         enum zone_type j;
7030         int nid = pgdat->node_id;
7031
7032         pgdat_init_internals(pgdat);
7033         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7034
7035         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7036                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7037                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7038                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
7039
7040                 size = zone->spanned_pages;
7041                 freesize = zone->present_pages;
7042
7043                 /*
7044                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7045                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7046                  * and per-cpu initialisations
7047                  */
7048                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7049                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7050                         if (freesize >= memmap_pages) {
7051                                 freesize -= memmap_pages;
7052                                 if (memmap_pages)
7053                                         printk(KERN_DEBUG
7054                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7055                                                zone_names[j], memmap_pages);
7056                         } else
7057                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
7058                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7059                 }
7060
7061                 /* Account for reserved pages */
7062                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7063                         freesize -= dma_reserve;
7064                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
7065                                         zone_names[0], dma_reserve);
7066                 }
7067
7068                 if (!is_highmem_idx(j))
7069                         nr_kernel_pages += freesize;
7070                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7071                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7072                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7073                 nr_all_pages += freesize;
7074
7075                 /*
7076                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7077                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7078                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7079                  */
7080                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7081
7082                 if (!size)
7083                         continue;
7084
7085                 set_pageblock_order();
7086                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
7087                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
7088                 arch_memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
7089         }
7090 }
7091
7092 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
7093 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7094 {
7095         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7096         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7097
7098         /* Skip empty nodes */
7099         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7100                 return;
7101
7102         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7103         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7104         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7105         if (!pgdat->node_mem_map) {
7106                 unsigned long size, end;
7107                 struct page *map;
7108
7109                 /*
7110                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7111                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7112                  * for the buddy allocator to function correctly.
7113                  */
7114                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7115                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7116                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7117                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7118                                           pgdat->node_id);
7119                 if (!map)
7120                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7121                               size, pgdat->node_id);
7122                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7123         }
7124         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7125                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7126                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7127 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7128         /*
7129          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7130          */
7131         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7132                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7133                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7134                         mem_map -= offset;
7135         }
7136 #endif
7137 }
7138 #else
7139 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7140 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7141
7142 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7143 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7144 {
7145         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7146 }
7147 #else
7148 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7149 #endif
7150
7151 static void __init free_area_init_node(int nid)
7152 {
7153         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7154         unsigned long start_pfn = 0;
7155         unsigned long end_pfn = 0;
7156
7157         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7158         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7159
7160         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7161
7162         pgdat->node_id = nid;
7163         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7164         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7165
7166         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7167                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7168                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7169         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7170
7171         alloc_node_mem_map(pgdat);
7172         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7173
7174         free_area_init_core(pgdat);
7175 }
7176
7177 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7178 {
7179         free_area_init_node(nid);
7180 }
7181
7182 #if MAX_NUMNODES > 1
7183 /*
7184  * Figure out the number of possible node ids.
7185  */
7186 void __init setup_nr_node_ids(void)
7187 {
7188         unsigned int highest;
7189
7190         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7191         nr_node_ids = highest + 1;
7192 }
7193 #endif
7194
7195 /**
7196  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7197  *
7198  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7199  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7200  * all the nodes.
7201  *
7202  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7203  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7204  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7205  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7206  *
7207  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7208  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7209  * populated node map.
7210  *
7211  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7212  * requirement (single node).
7213  */
7214 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7215 {
7216         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7217         unsigned long start, end, mask;
7218         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7219         int i, nid;
7220
7221         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7222                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7223                         last_nid = nid;
7224                         last_end = end;
7225                         continue;
7226                 }
7227
7228                 /*
7229                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7230                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7231                  * too coarse to separate the current node from the last.
7232                  */
7233                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7234                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7235                         mask <<= 1;
7236
7237                 /* accumulate all internode masks */
7238                 accl_mask |= mask;
7239         }
7240
7241         /* convert mask to number of pages */
7242         return ~accl_mask + 1;
7243 }
7244
7245 /**
7246  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7247  *
7248  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7249  * memblock_set_node().
7250  */
7251 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7252 {
7253         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7254 }
7255
7256 /*
7257  * early_calculate_totalpages()
7258  * Sum pages in active regions for movable zone.
7259  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7260  */
7261 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7262 {
7263         unsigned long totalpages = 0;
7264         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7265         int i, nid;
7266
7267         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7268                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7269
7270                 totalpages += pages;
7271                 if (pages)
7272                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7273         }
7274         return totalpages;
7275 }
7276
7277 /*
7278  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7279  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7280  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7281  * others
7282  */
7283 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7284 {
7285         int i, nid;
7286         unsigned long usable_startpfn;
7287         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7288         /* save the state before borrow the nodemask */
7289         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7290         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7291         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7292         struct memblock_region *r;
7293
7294         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7295         find_usable_zone_for_movable();
7296
7297         /*
7298          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7299          * options.
7300          */
7301         if (movable_node_is_enabled()) {
7302                 for_each_mem_region(r) {
7303                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7304                                 continue;
7305
7306                         nid = memblock_get_region_node(r);
7307
7308                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7309                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7310                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7311                                 usable_startpfn;
7312                 }
7313
7314                 goto out2;
7315         }
7316
7317         /*
7318          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7319          */
7320         if (mirrored_kernelcore) {
7321                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7322
7323                 for_each_mem_region(r) {
7324                         if (memblock_is_mirror(r))
7325                                 continue;
7326
7327                         nid = memblock_get_region_node(r);
7328
7329                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7330
7331                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7332                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7333                                 continue;
7334                         }
7335
7336                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7337                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7338                                 usable_startpfn;
7339                 }
7340
7341                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7342                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7343
7344                 goto out2;
7345         }
7346
7347         /*
7348          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7349          * amount of necessary memory.
7350          */
7351         if (required_kernelcore_percent)
7352                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7353                                        10000UL;
7354         if (required_movablecore_percent)
7355                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7356                                         10000UL;
7357
7358         /*
7359          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7360          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7361          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7362          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7363          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7364          * what movablecore would have allowed.
7365          */
7366         if (required_movablecore) {
7367                 unsigned long corepages;
7368
7369                 /*
7370                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7371                  * was requested by the user
7372                  */
7373                 required_movablecore =
7374                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7375                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7376                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7377
7378                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7379         }
7380
7381         /*
7382          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7383          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7384          */
7385         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7386                 goto out;
7387
7388         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7389         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7390
7391 restart:
7392         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7393         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7394         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7395                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7396
7397                 /*
7398                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7399                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7400                  * amount of memory for the kernel
7401                  */
7402                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7403                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7404
7405                 /*
7406                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7407                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7408                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7409                  */
7410                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7411
7412                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7413                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7414                         unsigned long size_pages;
7415
7416                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7417                         if (start_pfn >= end_pfn)
7418                                 continue;
7419
7420                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7421                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7422                                 unsigned long kernel_pages;
7423                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7424                                                                 - start_pfn;
7425
7426                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7427                                                         kernelcore_remaining);
7428                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7429                                                         required_kernelcore);
7430
7431                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7432                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7433
7434                                         /*
7435                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7436                                          * that if we have to rebalance
7437                                          * kernelcore across nodes, we will
7438                                          * not double account here
7439                                          */
7440                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7441                                         continue;
7442                                 }
7443                                 start_pfn = usable_startpfn;
7444                         }
7445
7446                         /*
7447                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7448                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7449                          * number of pages used as kernelcore
7450                          */
7451                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7452                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7453                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7454                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7455
7456                         /*
7457                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7458                          * break if the kernelcore for this node has been
7459                          * satisfied
7460                          */
7461                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7462                                                                 size_pages);
7463                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7464                         if (!kernelcore_remaining)
7465                                 break;
7466                 }
7467         }
7468
7469         /*
7470          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7471          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7472          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7473          * satisfied
7474          */
7475         usable_nodes--;
7476         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7477                 goto restart;
7478
7479 out2:
7480         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7481         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7482                 zone_movable_pfn[nid] =
7483                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7484
7485 out:
7486         /* restore the node_state */
7487         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7488 }
7489
7490 /* Any regular or high memory on that node ? */
7491 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7492 {
7493         enum zone_type zone_type;
7494
7495         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7496                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7497                 if (populated_zone(zone)) {
7498                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7499                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7500                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7501                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7502                         break;
7503                 }
7504         }
7505 }
7506
7507 /*
7508  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7509  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7510  */
7511 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7512 {
7513         return false;
7514 }
7515
7516 /**
7517  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7518  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7519  *
7520  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7521  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7522  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7523  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7524  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7525  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7526  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7527  * at arch_max_dma_pfn.
7528  */
7529 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7530 {
7531         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7532         int i, nid, zone;
7533         bool descending;
7534
7535         /* Record where the zone boundaries are */
7536         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7537                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7538         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7539                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7540
7541         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7542         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7543
7544         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7545                 if (descending)
7546                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7547                 else
7548                         zone = i;
7549
7550                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7551                         continue;
7552
7553                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7554                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7555                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7556
7557                 start_pfn = end_pfn;
7558         }
7559
7560         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7561         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7562         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7563
7564         /* Print out the zone ranges */
7565         pr_info("Zone ranges:\n");
7566         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7567                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7568                         continue;
7569                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7570                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7571                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7572                         pr_cont("empty\n");
7573                 else
7574                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7575                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7576                                         << PAGE_SHIFT,
7577                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7578                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7579         }
7580
7581         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7582         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7583         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7584                 if (zone_movable_pfn[i])
7585                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7586                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7587         }
7588
7589         /*
7590          * Print out the early node map, and initialize the
7591          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7592          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7593          */
7594         pr_info("Early memory node ranges\n");
7595         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7596                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7597                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7598                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7599                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7600         }
7601
7602         /* Initialise every node */
7603         mminit_verify_pageflags_layout();
7604         setup_nr_node_ids();
7605         for_each_online_node(nid) {
7606                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7607                 free_area_init_node(nid);
7608
7609                 /* Any memory on that node */
7610                 if (pgdat->node_present_pages)
7611                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7612                 check_for_memory(pgdat, nid);
7613         }
7614
7615         memmap_init();
7616 }
7617
7618 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7619                                      unsigned long *percent)
7620 {
7621         unsigned long long coremem;
7622         char *endptr;
7623
7624         if (!p)
7625                 return -EINVAL;
7626
7627         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7628         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7629         if (*endptr == '%') {
7630                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7631                 WARN_ON(coremem > 100);
7632
7633                 *percent = coremem;
7634         } else {
7635                 coremem = memparse(p, &p);
7636                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7637                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7638
7639                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7640                 *percent = 0UL;
7641         }
7642         return 0;
7643 }
7644
7645 /*
7646  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7647  * cannot be reclaimed or migrated.
7648  */
7649 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7650 {
7651         /* parse kernelcore=mirror */
7652         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7653                 mirrored_kernelcore = true;
7654                 return 0;
7655         }
7656
7657         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7658                                   &required_kernelcore_percent);
7659 }
7660
7661 /*
7662  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7663  * can be reclaimed or migrated.
7664  */
7665 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7666 {
7667         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7668                                   &required_movablecore_percent);
7669 }
7670
7671 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7672 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7673
7674 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7675 {
7676         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7677         totalram_pages_add(count);
7678 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7679         if (PageHighMem(page))
7680                 totalhigh_pages_add(count);
7681 #endif
7682 }
7683 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7684
7685 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7686 {
7687         void *pos;
7688         unsigned long pages = 0;
7689
7690         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7691         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7692         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7693                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7694                 void *direct_map_addr;
7695
7696                 /*
7697                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7698                  * because some architectures' virt_to_page()
7699                  * work with aliases.  Getting the direct map
7700                  * address ensures that we get a _writeable_
7701                  * alias for the memset().
7702                  */
7703                 direct_map_addr = page_address(page);
7704                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7705                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7706
7707                 free_reserved_page(page);
7708         }
7709
7710         if (pages && s)
7711                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7712                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7713
7714         return pages;
7715 }
7716
7717 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7718 void free_highmem_page(struct page *page)
7719 {
7720         __free_reserved_page(page);
7721         totalram_pages_inc();
7722         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7723         totalhigh_pages_inc();
7724 }
7725 #endif
7726
7727
7728 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7729 {
7730         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7731         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7732
7733         physpages = get_num_physpages();
7734         codesize = _etext - _stext;
7735         datasize = _edata - _sdata;
7736         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7737         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7738         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7739         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7740
7741         /*
7742          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7743          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7744          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7745          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7746          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7747          */
7748 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7749         do { \
7750                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7751                         size -= adj; \
7752         } while (0)
7753
7754         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7755                      _sinittext, init_code_size);
7756         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7757         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7758         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7759         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7760
7761 #undef  adj_init_size
7762
7763         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7764 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7765                 ", %luK highmem"
7766 #endif
7767                 "%s%s)\n",
7768                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7769                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7770                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7771                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7772                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7773                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7774 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7775                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7776 #endif
7777                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7778 }
7779
7780 /**
7781  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7782  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7783  *
7784  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7785  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7786  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7787  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7788  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7789  * smaller per-cpu batchsize.
7790  */
7791 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7792 {
7793         dma_reserve = new_dma_reserve;
7794 }
7795
7796 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7797 {
7798
7799         lru_add_drain_cpu(cpu);
7800         drain_pages(cpu);
7801
7802         /*
7803          * Spill the event counters of the dead processor
7804          * into the current processors event counters.
7805          * This artificially elevates the count of the current
7806          * processor.
7807          */
7808         vm_events_fold_cpu(cpu);
7809
7810         /*
7811          * Zero the differential counters of the dead processor
7812          * so that the vm statistics are consistent.
7813          *
7814          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7815          * race with what we are doing.
7816          */
7817         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7818         return 0;
7819 }
7820
7821 #ifdef CONFIG_NUMA
7822 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7823
7824 static int __init set_hashdist(char *str)
7825 {
7826         if (!str)
7827                 return 0;
7828         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7829         return 1;
7830 }
7831 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7832 #endif
7833
7834 void __init page_alloc_init(void)
7835 {
7836         int ret;
7837
7838 #ifdef CONFIG_NUMA
7839         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7840                 hashdist = 0;
7841 #endif
7842
7843         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7844                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7845                                         page_alloc_cpu_dead);
7846         WARN_ON(ret < 0);
7847 }
7848
7849 /*
7850  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7851  *      or min_free_kbytes changes.
7852  */
7853 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7854 {
7855         struct pglist_data *pgdat;
7856         unsigned long reserve_pages = 0;
7857         enum zone_type i, j;
7858
7859         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7860
7861                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7862
7863                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7864                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7865                         long max = 0;
7866                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7867
7868                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7869                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7870                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7871                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7872                         }
7873
7874                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7875                         max += high_wmark_pages(zone);
7876
7877                         if (max > managed_pages)
7878                                 max = managed_pages;
7879
7880                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7881
7882                         reserve_pages += max;
7883                 }
7884         }
7885         totalreserve_pages = reserve_pages;
7886 }
7887
7888 /*
7889  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7890  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7891  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7892  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7893  */
7894 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7895 {
7896         struct pglist_data *pgdat;
7897         enum zone_type i, j;
7898
7899         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7900                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
7901                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
7902                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
7903                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
7904                         unsigned long managed_pages = 0;
7905
7906                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7907                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
7908
7909                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
7910
7911                                 if (clear)
7912                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7913                                 else
7914                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
7915                         }
7916                 }
7917         }
7918
7919         /* update totalreserve_pages */
7920         calculate_totalreserve_pages();
7921 }
7922
7923 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7924 {
7925         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7926         unsigned long lowmem_pages = 0;
7927         struct zone *zone;
7928         unsigned long flags;
7929
7930         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7931         for_each_zone(zone) {
7932                 if (!is_highmem(zone))
7933                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7934         }
7935
7936         for_each_zone(zone) {
7937                 u64 tmp;
7938
7939                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7940                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7941                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7942                 if (is_highmem(zone)) {
7943                         /*
7944                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7945                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7946                          * value here.
7947                          *
7948                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7949                          * deltas control async page reclaim, and so should
7950                          * not be capped for highmem.
7951                          */
7952                         unsigned long min_pages;
7953
7954                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7955                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7956                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7957                 } else {
7958                         /*
7959                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7960                          * proportionate to the zone's size.
7961                          */
7962                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7963                 }
7964
7965                 /*
7966                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7967                  * scale factor in proportion to available memory, but
7968                  * ensure a minimum size on small systems.
7969                  */
7970                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7971                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7972                                       watermark_scale_factor, 10000));
7973
7974                 zone->watermark_boost = 0;
7975                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7976                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7977
7978                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7979         }
7980
7981         /* update totalreserve_pages */
7982         calculate_totalreserve_pages();
7983 }
7984
7985 /**
7986  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7987  * or when memory is hot-{added|removed}
7988  *
7989  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7990  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7991  */
7992 void setup_per_zone_wmarks(void)
7993 {
7994         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7995
7996         spin_lock(&lock);
7997         __setup_per_zone_wmarks();
7998         spin_unlock(&lock);
7999 }
8000
8001 /*
8002  * Initialise min_free_kbytes.
8003  *
8004  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8005  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8006  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8007  *
8008  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8009  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8010  *
8011  * which yields
8012  *
8013  * 16MB:        512k
8014  * 32MB:        724k
8015  * 64MB:        1024k
8016  * 128MB:       1448k
8017  * 256MB:       2048k
8018  * 512MB:       2896k
8019  * 1024MB:      4096k
8020  * 2048MB:      5792k
8021  * 4096MB:      8192k
8022  * 8192MB:      11584k
8023  * 16384MB:     16384k
8024  */
8025 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8026 {
8027         unsigned long lowmem_kbytes;
8028         int new_min_free_kbytes;
8029
8030         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8031         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8032
8033         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8034                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8035                 if (min_free_kbytes < 128)
8036                         min_free_kbytes = 128;
8037                 if (min_free_kbytes > 262144)
8038                         min_free_kbytes = 262144;
8039         } else {
8040                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8041                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8042         }
8043         setup_per_zone_wmarks();
8044         refresh_zone_stat_thresholds();
8045         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8046
8047 #ifdef CONFIG_NUMA
8048         setup_min_unmapped_ratio();
8049         setup_min_slab_ratio();
8050 #endif
8051
8052         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8053
8054         return 0;
8055 }
8056 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8057
8058 /*
8059  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8060  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8061  *      changes.
8062  */
8063 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8064                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8065 {
8066         int rc;
8067
8068         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8069         if (rc)
8070                 return rc;
8071
8072         if (write) {
8073                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8074                 setup_per_zone_wmarks();
8075         }
8076         return 0;
8077 }
8078
8079 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8080                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8081 {
8082         int rc;
8083
8084         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8085         if (rc)
8086                 return rc;
8087
8088         if (write)
8089                 setup_per_zone_wmarks();
8090
8091         return 0;
8092 }
8093
8094 #ifdef CONFIG_NUMA
8095 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8096 {
8097         pg_data_t *pgdat;
8098         struct zone *zone;
8099
8100         for_each_online_pgdat(pgdat)
8101                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8102
8103         for_each_zone(zone)
8104                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8105                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8106 }
8107
8108
8109 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8110                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8111 {
8112         int rc;
8113
8114         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8115         if (rc)
8116                 return rc;
8117
8118         setup_min_unmapped_ratio();
8119
8120         return 0;
8121 }
8122
8123 static void setup_min_slab_ratio(void)
8124 {
8125         pg_data_t *pgdat;
8126         struct zone *zone;
8127
8128         for_each_online_pgdat(pgdat)
8129                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8130
8131         for_each_zone(zone)
8132                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8133                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8134 }
8135
8136 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8137                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8138 {
8139         int rc;
8140
8141         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8142         if (rc)
8143                 return rc;
8144
8145         setup_min_slab_ratio();
8146
8147         return 0;
8148 }
8149 #endif
8150
8151 /*
8152  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8153  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8154  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8155  *
8156  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8157  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8158  * if in function of the boot time zone sizes.
8159  */
8160 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8161                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8162 {
8163         int i;
8164
8165         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8166
8167         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8168                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8169                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8170         }
8171
8172         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8173         return 0;
8174 }
8175
8176 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8177 {
8178         unsigned int cpu;
8179
8180         for_each_possible_cpu(cpu)
8181                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8182                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8183 }
8184
8185 /*
8186  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8187  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8188  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8189  */
8190 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8191                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8192 {
8193         struct zone *zone;
8194         int old_percpu_pagelist_fraction;
8195         int ret;
8196
8197         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8198         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8199
8200         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8201         if (!write || ret < 0)
8202                 goto out;
8203
8204         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8205         if (percpu_pagelist_fraction &&
8206             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8207                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8208                 ret = -EINVAL;
8209                 goto out;
8210         }
8211
8212         /* No change? */
8213         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8214                 goto out;
8215
8216         for_each_populated_zone(zone)
8217                 __zone_pcp_update(zone);
8218 out:
8219         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8220         return ret;
8221 }
8222
8223 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8224 /*
8225  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8226  * is not known to alloc_large_system_hash().
8227  */
8228 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8229 {
8230         return 0;
8231 }
8232 #endif
8233
8234 /*
8235  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8236  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8237  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8238  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8239  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8240  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8241  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8242  */
8243 #if __BITS_PER_LONG > 32
8244 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8245 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8246 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8247 #endif
8248
8249 /*
8250  * allocate a large system hash table from bootmem
8251  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8252  *   quantity of entries
8253  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8254  */
8255 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8256                                      unsigned long bucketsize,
8257                                      unsigned long numentries,
8258                                      int scale,
8259                                      int flags,
8260                                      unsigned int *_hash_shift,
8261                                      unsigned int *_hash_mask,
8262                                      unsigned long low_limit,
8263                                      unsigned long high_limit)
8264 {
8265         unsigned long long max = high_limit;
8266         unsigned long log2qty, size;
8267         void *table = NULL;
8268         gfp_t gfp_flags;
8269         bool virt;
8270
8271         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8272         if (!numentries) {
8273                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8274                 numentries = nr_kernel_pages;
8275                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8276
8277                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8278                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8279                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8280
8281 #if __BITS_PER_LONG > 32
8282                 if (!high_limit) {
8283                         unsigned long adapt;
8284
8285                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8286                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8287                                 scale++;
8288                 }
8289 #endif
8290
8291                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8292                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8293                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8294                 else
8295                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8296
8297                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8298                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8299                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8300                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8301                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8302                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8303                                 BUG_ON(!numentries);
8304                         }
8305                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8306                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8307         }
8308         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8309
8310         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8311         if (max == 0) {
8312                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8313                 do_div(max, bucketsize);
8314         }
8315         max = min(max, 0x80000000ULL);
8316
8317         if (numentries < low_limit)
8318                 numentries = low_limit;
8319         if (numentries > max)
8320                 numentries = max;
8321
8322         log2qty = ilog2(numentries);
8323
8324         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8325         do {
8326                 virt = false;
8327                 size = bucketsize << log2qty;
8328                 if (flags & HASH_EARLY) {
8329                         if (flags & HASH_ZERO)
8330                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8331                         else
8332                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8333                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8334                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8335                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8336                         virt = true;
8337                 } else {
8338                         /*
8339                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8340                          * some pages at the end of hash table which
8341                          * alloc_pages_exact() automatically does
8342                          */
8343                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8344                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8345                 }
8346         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8347
8348         if (!table)
8349                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8350
8351         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8352                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8353                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8354
8355         if (_hash_shift)
8356                 *_hash_shift = log2qty;
8357         if (_hash_mask)
8358                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8359
8360         return table;
8361 }
8362
8363 /*
8364  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8365  *
8366  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8367  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8368  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8369  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8370  *
8371  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8372  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8373  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8374  *
8375  */
8376 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8377                                  int migratetype, int flags)
8378 {
8379         unsigned long iter = 0;
8380         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8381         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8382
8383         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8384                 /*
8385                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8386                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8387                  * so consider them movable here.
8388                  */
8389                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8390                         return NULL;
8391
8392                 return page;
8393         }
8394
8395         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8396                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8397                         continue;
8398
8399                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8400
8401                 /*
8402                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8403                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8404                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8405                  * specifying "movablecore".
8406                  */
8407                 if (PageReserved(page))
8408                         return page;
8409
8410                 /*
8411                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8412                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8413                  * is movable.
8414                  */
8415                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8416                         continue;
8417
8418                 /*
8419                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8420                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8421                  * We need not scan over tail pages because we don't
8422                  * handle each tail page individually in migration.
8423                  */
8424                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8425                         struct page *head = compound_head(page);
8426                         unsigned int skip_pages;
8427
8428                         if (PageHuge(page)) {
8429                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8430                                         return page;
8431                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8432                                 return page;
8433                         }
8434
8435                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8436                         iter += skip_pages - 1;
8437                         continue;
8438                 }
8439
8440                 /*
8441                  * We can't use page_count without pin a page
8442                  * because another CPU can free compound page.
8443                  * This check already skips compound tails of THP
8444                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8445                  */
8446                 if (!page_ref_count(page)) {
8447                         if (PageBuddy(page))
8448                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8449                         continue;
8450                 }
8451
8452                 /*
8453                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8454                  * page_count() is not 0.
8455                  */
8456                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8457                         continue;
8458
8459                 /*
8460                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8461                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8462                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8463                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8464                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8465                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8466                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8467                  * (false negatives in this function only)
8468                  */
8469                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8470                         continue;
8471
8472                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8473                         continue;
8474
8475                 /*
8476                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8477                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8478                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8479                  */
8480                 return page;
8481         }
8482         return NULL;
8483 }
8484
8485 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8486 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8487 {
8488         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8489                              pageblock_nr_pages) - 1);
8490 }
8491
8492 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8493 {
8494         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8495                                 pageblock_nr_pages));
8496 }
8497
8498 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8499 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8500                                         unsigned long start, unsigned long end)
8501 {
8502         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8503         unsigned int nr_reclaimed;
8504         unsigned long pfn = start;
8505         unsigned int tries = 0;
8506         int ret = 0;
8507         struct migration_target_control mtc = {
8508                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8509                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8510         };
8511
8512         migrate_prep();
8513
8514         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8515                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8516                         pr_err("Fatal signal pending task: %s(%d), %#lx\n",
8517                                 current->comm, current->pid,
8518                                 current->pending.signal.sig[0]);
8519                         ret = -EINTR;
8520                         break;
8521                 }
8522
8523                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8524                         cc->nr_migratepages = 0;
8525                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8526                         if (!pfn) {
8527                                 ret = -EINTR;
8528                                 break;
8529                         }
8530                         tries = 0;
8531                 } else if (++tries == 5) {
8532                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8533                         break;
8534                 }
8535
8536                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8537                                                         &cc->migratepages);
8538                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8539
8540                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8541                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8542         }
8543         if (ret < 0) {
8544                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8545                 return ret;
8546         }
8547         return 0;
8548 }
8549
8550 /**
8551  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8552  * @start:      start PFN to allocate
8553  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8554  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8555  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8556  *                      in range must have the same migratetype and it must
8557  *                      be either of the two.
8558  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8559  *
8560  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8561  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8562  *
8563  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8564  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8565  * be modified by others.
8566  *
8567  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8568  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8569  * need to be freed with free_contig_range().
8570  */
8571 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8572                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8573 {
8574         unsigned long outer_start, outer_end;
8575         unsigned int order;
8576         int ret = 0;
8577
8578         struct compact_control cc = {
8579                 .nr_migratepages = 0,
8580                 .order = -1,
8581                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8582                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8583                 .ignore_skip_hint = true,
8584                 .no_set_skip_hint = true,
8585                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8586                 .alloc_contig = true,
8587         };
8588         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8589
8590         /*
8591          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8592          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8593          * have different sizes, and due to the way page allocator
8594          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8595          * that page allocator won't try to merge buddies from
8596          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8597          * other migration type.
8598          *
8599          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8600          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8601          * we are interested in).  This will put all the pages in
8602          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8603          *
8604          * When this is done, we take the pages in range from page
8605          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8606          * page allocator will never consider using them.
8607          *
8608          * This lets us mark the pageblocks back as
8609          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8610          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8611          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8612          */
8613
8614         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8615                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8616         if (ret)
8617                 return ret;
8618
8619         /*
8620          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8621          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8622          * which will report the busy page.
8623          *
8624          * It is possible that busy pages could become available before
8625          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8626          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8627          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8628          */
8629         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8630         if (ret && ret != -EBUSY)
8631                 goto done;
8632         ret =0;
8633
8634         /*
8635          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8636          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8637          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8638          * What we are going to do is to allocate all pages from
8639          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8640          *
8641          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8642          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8643          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8644          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8645          * once this is done free the pages we are not interested in.
8646          *
8647          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8648          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8649          */
8650
8651         lru_add_drain_all();
8652
8653         order = 0;
8654         outer_start = start;
8655         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8656                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8657                         outer_start = start;
8658                         break;
8659                 }
8660                 outer_start &= ~0UL << order;
8661         }
8662
8663         if (outer_start != start) {
8664                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8665
8666                 /*
8667                  * outer_start page could be small order buddy page and
8668                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8669                  * in this case to report failed page properly
8670                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8671                  */
8672                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8673                         outer_start = start;
8674         }
8675
8676         /* Make sure the range is really isolated. */
8677         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8678                 ret = -EBUSY;
8679                 goto done;
8680         }
8681
8682         /* Grab isolated pages from freelists. */
8683         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8684         if (!outer_end) {
8685                 ret = -EBUSY;
8686                 goto done;
8687         }
8688
8689         /* Free head and tail (if any) */
8690         if (start != outer_start)
8691                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8692         if (end != outer_end)
8693                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8694
8695 done:
8696         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8697                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8698         return ret;
8699 }
8700 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8701
8702 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8703                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8704 {
8705         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8706
8707         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8708                                   gfp_mask);
8709 }
8710
8711 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8712                                    unsigned long nr_pages)
8713 {
8714         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8715         struct page *page;
8716
8717         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8718                 page = pfn_to_online_page(i);
8719                 if (!page)
8720                         return false;
8721
8722                 if (page_zone(page) != z)
8723                         return false;
8724
8725                 if (PageReserved(page))
8726                         return false;
8727
8728                 if (page_count(page) > 0)
8729                         return false;
8730
8731                 if (PageHuge(page))
8732                         return false;
8733         }
8734         return true;
8735 }
8736
8737 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8738                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8739 {
8740         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8741
8742         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8743 }
8744
8745 /**
8746  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8747  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8748  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8749  * @nid:        Target node
8750  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8751  *
8752  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8753  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8754  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8755  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8756  *
8757  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8758  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8759  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8760  *
8761  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8762  * __free_page() on each allocated page.
8763  *
8764  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8765  */
8766 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8767                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8768 {
8769         unsigned long ret, pfn, flags;
8770         struct zonelist *zonelist;
8771         struct zone *zone;
8772         struct zoneref *z;
8773
8774         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8775         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8776                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8777                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8778
8779                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8780                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8781                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8782                                 /*
8783                                  * We release the zone lock here because
8784                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8785                                  * at some point. If there's an allocation
8786                                  * spinning on this lock, it may win the race
8787                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8788                                  */
8789                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8790                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8791                                                         gfp_mask);
8792                                 if (!ret)
8793                                         return pfn_to_page(pfn);
8794                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8795                         }
8796                         pfn += nr_pages;
8797                 }
8798                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8799         }
8800         return NULL;
8801 }
8802 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8803
8804 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
8805 {
8806         unsigned long count = 0;
8807
8808         for (; nr_pages--; pfn++) {
8809                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8810
8811                 count += page_count(page) != 1;
8812                 __free_page(page);
8813         }
8814         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
8815 }
8816 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8817
8818 /*
8819  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8820  * page high values need to be recalulated.
8821  */
8822 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8823 {
8824         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8825         __zone_pcp_update(zone);
8826         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8827 }
8828
8829 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8830 {
8831         unsigned long flags;
8832         int cpu;
8833         struct per_cpu_pageset *pset;
8834
8835         /* avoid races with drain_pages()  */
8836         local_lock_irqsave(&pa_lock.l, flags);
8837         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8838                 for_each_online_cpu(cpu) {
8839                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8840                         drain_zonestat(zone, pset);
8841                 }
8842                 free_percpu(zone->pageset);
8843                 zone->pageset = &boot_pageset;
8844         }
8845         local_unlock_irqrestore(&pa_lock.l, flags);
8846 }
8847
8848 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8849 /*
8850  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
8851  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
8852  */
8853 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8854 {
8855         unsigned long pfn = start_pfn;
8856         struct page *page;
8857         struct zone *zone;
8858         unsigned int order;
8859         unsigned long flags;
8860
8861         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8862         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8863         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8864         while (pfn < end_pfn) {
8865                 page = pfn_to_page(pfn);
8866                 /*
8867                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8868                  * page_count() is not 0.
8869                  */
8870                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8871                         pfn++;
8872                         continue;
8873                 }
8874                 /*
8875                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8876                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8877                  */
8878                 if (PageOffline(page)) {
8879                         BUG_ON(page_count(page));
8880                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8881                         pfn++;
8882                         continue;
8883                 }
8884
8885                 BUG_ON(page_count(page));
8886                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8887                 order = buddy_order(page);
8888                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8889                 pfn += (1 << order);
8890         }
8891         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8892 }
8893 #endif
8894
8895 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8896 {
8897         struct zone *zone = page_zone(page);
8898         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8899         unsigned long flags;
8900         unsigned int order;
8901
8902         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8903         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8904                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8905
8906                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
8907                         break;
8908         }
8909         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8910
8911         return order < MAX_ORDER;
8912 }
8913
8914 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8915 /*
8916  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
8917  * buddy allocator.
8918  */
8919 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8920                                    struct page *target, int low, int high,
8921                                    int migratetype)
8922 {
8923         unsigned long size = 1 << high;
8924         struct page *current_buddy, *next_page;
8925
8926         while (high > low) {
8927                 high--;
8928                 size >>= 1;
8929
8930                 if (target >= &page[size]) {
8931                         next_page = page + size;
8932                         current_buddy = page;
8933                 } else {
8934                         next_page = page;
8935                         current_buddy = page + size;
8936                 }
8937
8938                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
8939                         continue;
8940
8941                 if (current_buddy != target) {
8942                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
8943                         set_buddy_order(current_buddy, high);
8944                         page = next_page;
8945                 }
8946         }
8947 }
8948
8949 /*
8950  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
8951  */
8952 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
8953 {
8954         struct zone *zone = page_zone(page);
8955         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8956         unsigned long flags;
8957         unsigned int order;
8958         bool ret = false;
8959
8960         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8961         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8962                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8963                 int page_order = buddy_order(page_head);
8964
8965                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
8966                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
8967                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
8968                                                                    pfn_head);
8969
8970                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
8971                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
8972                                                 page_order, migratetype);
8973                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
8974                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
8975                         ret = true;
8976                         break;
8977                 }
8978                 if (page_count(page_head) > 0)
8979                         break;
8980         }
8981         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8982         return ret;
8983 }
8984 #endif
8985
8986 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
8987 bool has_managed_dma(void)
8988 {
8989         struct pglist_data *pgdat;
8990
8991         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8992                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
8993
8994                 if (managed_zone(zone))
8995                         return true;
8996         }
8997         return false;
8998 }
8999 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */