43a405c4c16e2424a8a448a5ee6281f150ce7ef6
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 #endif
99
100 /* work_structs for global per-cpu drains */
101 struct pcpu_drain {
102         struct zone *zone;
103         struct work_struct work;
104 };
105 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
106 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
107
108 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
109 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
110 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
111 #endif
112
113 /*
114  * Array of node states.
115  */
116 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
117         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
118         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
119 #ifndef CONFIG_NUMA
120         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
122         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #endif
124         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
126 #endif  /* NUMA */
127 };
128 EXPORT_SYMBOL(node_states);
129
130 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
131 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
132 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
133 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
134
135 int percpu_pagelist_fraction;
136 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
137 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
138 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
139 #else
140 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
141 #endif
142 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
143
144 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
145 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
146 #else
147 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
148 #endif
149 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
150
151 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
152 {
153         int ret;
154         bool bool_result;
155
156         if (!buf)
157                 return -EINVAL;
158         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
159         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
160                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
161         if (bool_result)
162                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
163         else
164                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
165         return ret;
166 }
167 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
168
169 static int __init early_init_on_free(char *buf)
170 {
171         int ret;
172         bool bool_result;
173
174         if (!buf)
175                 return -EINVAL;
176         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
177         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
178                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
179         if (bool_result)
180                 static_branch_enable(&init_on_free);
181         else
182                 static_branch_disable(&init_on_free);
183         return ret;
184 }
185 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
186
187 /*
188  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
189  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
190  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
191  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
192  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
193  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
194  */
195 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
196 {
197         return page->index;
198 }
199
200 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
201 {
202         page->index = migratetype;
203 }
204
205 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
206 /*
207  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
208  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
209  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
210  * they should always be called with system_transition_mutex held
211  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
212  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
213  * with that modification).
214  */
215
216 static gfp_t saved_gfp_mask;
217
218 void pm_restore_gfp_mask(void)
219 {
220         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
221         if (saved_gfp_mask) {
222                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
223                 saved_gfp_mask = 0;
224         }
225 }
226
227 void pm_restrict_gfp_mask(void)
228 {
229         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
230         WARN_ON(saved_gfp_mask);
231         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
232         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
233 }
234
235 bool pm_suspended_storage(void)
236 {
237         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
238                 return false;
239         return true;
240 }
241 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
242
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
244 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
245 #endif
246
247 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
248
249 /*
250  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
251  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
252  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
253  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
254  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
255  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
256  *
257  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
258  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
259  */
260 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
261 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
262         [ZONE_DMA] = 256,
263 #endif
264 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
265         [ZONE_DMA32] = 256,
266 #endif
267         [ZONE_NORMAL] = 32,
268 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
269         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
270 #endif
271         [ZONE_MOVABLE] = 0,
272 };
273
274 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
275 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
276          "DMA",
277 #endif
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
279          "DMA32",
280 #endif
281          "Normal",
282 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
283          "HighMem",
284 #endif
285          "Movable",
286 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
287          "Device",
288 #endif
289 };
290
291 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
292         "Unmovable",
293         "Movable",
294         "Reclaimable",
295         "HighAtomic",
296 #ifdef CONFIG_CMA
297         "CMA",
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
300         "Isolate",
301 #endif
302 };
303
304 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
305         NULL,
306         free_compound_page,
307 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
308         free_huge_page,
309 #endif
310 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
311         free_transhuge_page,
312 #endif
313 };
314
315 int min_free_kbytes = 1024;
316 int user_min_free_kbytes = -1;
317 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
318 /*
319  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
320  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
321  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
322  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
323  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
324  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
325  * fragmentation avoidance.
326  */
327 int watermark_boost_factor __read_mostly;
328 #else
329 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
330 #endif
331 int watermark_scale_factor = 10;
332
333 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
334 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
335 static unsigned long dma_reserve __initdata;
336
337 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
338 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
339 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
342 static unsigned long required_movablecore __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
344 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
345 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
346
347 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
348 int movable_zone;
349 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
350 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
474  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
475  *
476  * Return: pageblock_bits flags
477  */
478 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long end_bitidx,
481                                         unsigned long mask)
482 {
483         unsigned long *bitmap;
484         unsigned long bitidx, word_bitidx;
485         unsigned long word;
486
487         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
488         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
489         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
490         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
491
492         word = bitmap[word_bitidx];
493         bitidx += end_bitidx;
494         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
495 }
496
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
498                                         unsigned long end_bitidx,
499                                         unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @end_bitidx: The last bit of interest
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long end_bitidx,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long old_word, word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         bitidx += end_bitidx;
537         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
556                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
612                 unsigned long bad_flags)
613 {
614         static unsigned long resume;
615         static unsigned long nr_shown;
616         static unsigned long nr_unshown;
617
618         /*
619          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
620          * or allow a steady drip of one report per second.
621          */
622         if (nr_shown == 60) {
623                 if (time_before(jiffies, resume)) {
624                         nr_unshown++;
625                         goto out;
626                 }
627                 if (nr_unshown) {
628                         pr_alert(
629                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
630                                 nr_unshown);
631                         nr_unshown = 0;
632                 }
633                 nr_shown = 0;
634         }
635         if (nr_shown++ == 0)
636                 resume = jiffies + 60 * HZ;
637
638         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
639                 current->comm, page_to_pfn(page));
640         __dump_page(page, reason);
641         bad_flags &= page->flags;
642         if (bad_flags)
643                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
644                                                 bad_flags, &bad_flags);
645         dump_page_owner(page);
646
647         print_modules();
648         dump_stack();
649 out:
650         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
651         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
652         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
653 }
654
655 /*
656  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
657  *
658  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
659  *
660  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
661  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
662  *
663  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
664  * page destructors. See compound_page_dtors.
665  *
666  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
667  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
668  */
669
670 void free_compound_page(struct page *page)
671 {
672         mem_cgroup_uncharge(page);
673         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
674 }
675
676 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
677 {
678         int i;
679         int nr_pages = 1 << order;
680
681         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
682         set_compound_order(page, order);
683         __SetPageHead(page);
684         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
685                 struct page *p = page + i;
686                 set_page_count(p, 0);
687                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
688                 set_compound_head(p, page);
689         }
690         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
691         if (hpage_pincount_available(page))
692                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
693 }
694
695 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
696 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
697
698 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
699                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
700 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
701 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
709 }
710 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
711
712 void init_debug_pagealloc(void)
713 {
714         if (!debug_pagealloc_enabled())
715                 return;
716
717         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
718
719         if (!debug_guardpage_minorder())
720                 return;
721
722         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
723 }
724
725 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
726 {
727         unsigned long res;
728
729         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
730                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
731                 return 0;
732         }
733         _debug_guardpage_minorder = res;
734         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
735         return 0;
736 }
737 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
738
739 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
740                                 unsigned int order, int migratetype)
741 {
742         if (!debug_guardpage_enabled())
743                 return false;
744
745         if (order >= debug_guardpage_minorder())
746                 return false;
747
748         __SetPageGuard(page);
749         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
750         set_page_private(page, order);
751         /* Guard pages are not available for any usage */
752         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
753
754         return true;
755 }
756
757 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
758                                 unsigned int order, int migratetype)
759 {
760         if (!debug_guardpage_enabled())
761                 return;
762
763         __ClearPageGuard(page);
764
765         set_page_private(page, 0);
766         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
767                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
768 }
769 #else
770 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
771                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
772 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
773                                 unsigned int order, int migratetype) {}
774 #endif
775
776 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         set_page_private(page, order);
779         __SetPageBuddy(page);
780 }
781
782 /*
783  * This function checks whether a page is free && is the buddy
784  * we can coalesce a page and its buddy if
785  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
786  * (b) the buddy is in the buddy system &&
787  * (c) a page and its buddy have the same order &&
788  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
789  *
790  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
791  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
792  *
793  * For recording page's order, we use page_private(page).
794  */
795 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
796                                                         unsigned int order)
797 {
798         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
799                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
800                         return 0;
801
802                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
803
804                 return 1;
805         }
806
807         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
808                 /*
809                  * zone check is done late to avoid uselessly
810                  * calculating zone/node ids for pages that could
811                  * never merge.
812                  */
813                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
814                         return 0;
815
816                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
817
818                 return 1;
819         }
820         return 0;
821 }
822
823 #ifdef CONFIG_COMPACTION
824 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
825 {
826         struct capture_control *capc = current->capture_control;
827
828         return capc &&
829                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
830                 !capc->page &&
831                 capc->cc->zone == zone &&
832                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
833 }
834
835 static inline bool
836 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
837                    int order, int migratetype)
838 {
839         if (!capc || order != capc->cc->order)
840                 return false;
841
842         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
843         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
844             is_migrate_isolate(migratetype))
845                 return false;
846
847         /*
848          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
849          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
850          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
851          * have trouble finding a high-order free page.
852          */
853         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
854                 return false;
855
856         capc->page = page;
857         return true;
858 }
859
860 #else
861 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
862 {
863         return NULL;
864 }
865
866 static inline bool
867 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
868                    int order, int migratetype)
869 {
870         return false;
871 }
872 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
873
874 /*
875  * Freeing function for a buddy system allocator.
876  *
877  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
878  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
879  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
880  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
881  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
882  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
883  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
884  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
885  * parts of the VM system.
886  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
887  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
888  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
889  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
890  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
891  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
892  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
893  * triggers coalescing into a block of larger size.
894  *
895  * -- nyc
896  */
897
898 static inline void __free_one_page(struct page *page,
899                 unsigned long pfn,
900                 struct zone *zone, unsigned int order,
901                 int migratetype)
902 {
903         unsigned long combined_pfn;
904         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
905         struct page *buddy;
906         unsigned int max_order;
907         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
908
909         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
910
911         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
912         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
913
914         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
915         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
916                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
917
918         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
919         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
920
921 continue_merging:
922         while (order < max_order - 1) {
923                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
924                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
925                                                                 migratetype);
926                         return;
927                 }
928                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
929                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
930
931                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
932                         goto done_merging;
933                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
934                         goto done_merging;
935                 /*
936                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
937                  * merge with it and move up one order.
938                  */
939                 if (page_is_guard(buddy))
940                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
941                 else
942                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
943                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
944                 page = page + (combined_pfn - pfn);
945                 pfn = combined_pfn;
946                 order++;
947         }
948         if (max_order < MAX_ORDER) {
949                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
950                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
951                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
952                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
953                  *
954                  * We don't want to hit this code for the more frequent
955                  * low-order merging.
956                  */
957                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
958                         int buddy_mt;
959
960                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
961                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
962                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
963
964                         if (migratetype != buddy_mt
965                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
966                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
967                                 goto done_merging;
968                 }
969                 max_order++;
970                 goto continue_merging;
971         }
972
973 done_merging:
974         set_page_order(page, order);
975
976         /*
977          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
978          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
979          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
980          * that is happening, add the free page to the tail of the list
981          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
982          * as a higher order page
983          */
984         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
985                         && !is_shuffle_order(order)) {
986                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
987                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
988                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
989                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
990                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
991                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
992                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
993                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
994                                               migratetype);
995                         return;
996                 }
997         }
998
999         if (is_shuffle_order(order))
1000                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1001                                 migratetype);
1002         else
1003                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1004
1005 }
1006
1007 /*
1008  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1009  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1010  * check if necessary.
1011  */
1012 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1013                                         unsigned long check_flags)
1014 {
1015         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1016                 return false;
1017
1018         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1019                         page_ref_count(page) |
1020 #ifdef CONFIG_MEMCG
1021                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1022 #endif
1023                         (page->flags & check_flags)))
1024                 return false;
1025
1026         return true;
1027 }
1028
1029 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1030 {
1031         const char *bad_reason;
1032         unsigned long bad_flags;
1033
1034         bad_reason = NULL;
1035         bad_flags = 0;
1036
1037         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1038                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1039         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1040                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1041         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1042                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1043         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1044                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1045                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1046         }
1047 #ifdef CONFIG_MEMCG
1048         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1049                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1050 #endif
1051         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1052 }
1053
1054 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1055 {
1056         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1057                 return 0;
1058
1059         /* Something has gone sideways, find it */
1060         free_pages_check_bad(page);
1061         return 1;
1062 }
1063
1064 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1065 {
1066         int ret = 1;
1067
1068         /*
1069          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1070          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1071          */
1072         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1073
1074         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1075                 ret = 0;
1076                 goto out;
1077         }
1078         switch (page - head_page) {
1079         case 1:
1080                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1081                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1082                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1083                         goto out;
1084                 }
1085                 break;
1086         case 2:
1087                 /*
1088                  * the second tail page: ->mapping is
1089                  * deferred_list.next -- ignore value.
1090                  */
1091                 break;
1092         default:
1093                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1094                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1095                         goto out;
1096                 }
1097                 break;
1098         }
1099         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1100                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1101                 goto out;
1102         }
1103         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1104                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1105                 goto out;
1106         }
1107         ret = 0;
1108 out:
1109         page->mapping = NULL;
1110         clear_compound_head(page);
1111         return ret;
1112 }
1113
1114 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1115 {
1116         int i;
1117
1118         for (i = 0; i < numpages; i++)
1119                 clear_highpage(page + i);
1120 }
1121
1122 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1123                                         unsigned int order, bool check_free)
1124 {
1125         int bad = 0;
1126
1127         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1128
1129         trace_mm_page_free(page, order);
1130
1131         /*
1132          * Check tail pages before head page information is cleared to
1133          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1134          */
1135         if (unlikely(order)) {
1136                 bool compound = PageCompound(page);
1137                 int i;
1138
1139                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1140
1141                 if (compound)
1142                         ClearPageDoubleMap(page);
1143                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1144                         if (compound)
1145                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1146                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1147                                 bad++;
1148                                 continue;
1149                         }
1150                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1151                 }
1152         }
1153         if (PageMappingFlags(page))
1154                 page->mapping = NULL;
1155         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1156                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1157         if (check_free)
1158                 bad += free_pages_check(page);
1159         if (bad)
1160                 return false;
1161
1162         page_cpupid_reset_last(page);
1163         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1164         reset_page_owner(page, order);
1165
1166         if (!PageHighMem(page)) {
1167                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1168                                            PAGE_SIZE << order);
1169                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1170                                            PAGE_SIZE << order);
1171         }
1172         if (want_init_on_free())
1173                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1174
1175         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1176         /*
1177          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1178          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1179          * happen after this.
1180          */
1181         arch_free_page(page, order);
1182
1183         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1184                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1185
1186         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1187
1188         return true;
1189 }
1190
1191 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1192 /*
1193  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1194  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1195  * moved from pcp lists to free lists.
1196  */
1197 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1198 {
1199         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1200 }
1201
1202 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1203 {
1204         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1205                 return free_pages_check(page);
1206         else
1207                 return false;
1208 }
1209 #else
1210 /*
1211  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1212  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1213  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1214  * to the pcp lists.
1215  */
1216 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1217 {
1218         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1219                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1220         else
1221                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1222 }
1223
1224 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1225 {
1226         return free_pages_check(page);
1227 }
1228 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1229
1230 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1231 {
1232         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1233         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1234         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1235
1236         prefetch(buddy);
1237 }
1238
1239 /*
1240  * Frees a number of pages from the PCP lists
1241  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1242  * count is the number of pages to free.
1243  *
1244  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1245  * see if this freeing clears that state.
1246  *
1247  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1248  * pinned" detection logic.
1249  */
1250 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1251                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1252 {
1253         int migratetype = 0;
1254         int batch_free = 0;
1255         int prefetch_nr = 0;
1256         bool isolated_pageblocks;
1257         struct page *page, *tmp;
1258         LIST_HEAD(head);
1259
1260         while (count) {
1261                 struct list_head *list;
1262
1263                 /*
1264                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1265                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1266                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1267                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1268                  * lists
1269                  */
1270                 do {
1271                         batch_free++;
1272                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1273                                 migratetype = 0;
1274                         list = &pcp->lists[migratetype];
1275                 } while (list_empty(list));
1276
1277                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1278                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1279                         batch_free = count;
1280
1281                 do {
1282                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1283                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1284                         list_del(&page->lru);
1285                         pcp->count--;
1286
1287                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1288                                 continue;
1289
1290                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1291
1292                         /*
1293                          * We are going to put the page back to the global
1294                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1295                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1296                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1297                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1298                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1299                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1300                          */
1301                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1302                                 prefetch_buddy(page);
1303                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1304         }
1305
1306         spin_lock(&zone->lock);
1307         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1308
1309         /*
1310          * Use safe version since after __free_one_page(),
1311          * page->lru.next will not point to original list.
1312          */
1313         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1314                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1315                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1316                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1317                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1318                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1319                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1320
1321                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1322                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1323         }
1324         spin_unlock(&zone->lock);
1325 }
1326
1327 static void free_one_page(struct zone *zone,
1328                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1329                                 unsigned int order,
1330                                 int migratetype)
1331 {
1332         spin_lock(&zone->lock);
1333         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1334                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1335                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1336         }
1337         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1338         spin_unlock(&zone->lock);
1339 }
1340
1341 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1342                                 unsigned long zone, int nid)
1343 {
1344         mm_zero_struct_page(page);
1345         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1346         init_page_count(page);
1347         page_mapcount_reset(page);
1348         page_cpupid_reset_last(page);
1349         page_kasan_tag_reset(page);
1350
1351         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1352 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1353         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1354         if (!is_highmem_idx(zone))
1355                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1356 #endif
1357 }
1358
1359 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1360 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1361 {
1362         pg_data_t *pgdat;
1363         int nid, zid;
1364
1365         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1366                 return;
1367
1368         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1369         pgdat = NODE_DATA(nid);
1370
1371         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1372                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1373
1374                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1375                         break;
1376         }
1377         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1378 }
1379 #else
1380 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1381 {
1382 }
1383 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1384
1385 /*
1386  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1387  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1388  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1389  * sent to the buddy page allocator.
1390  */
1391 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1392 {
1393         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1394         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1395
1396         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1397                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1398                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1399
1400                         init_reserved_page(start_pfn);
1401
1402                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1403                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1404
1405                         /*
1406                          * no need for atomic set_bit because the struct
1407                          * page is not visible yet so nobody should
1408                          * access it yet.
1409                          */
1410                         __SetPageReserved(page);
1411                 }
1412         }
1413 }
1414
1415 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1416 {
1417         unsigned long flags;
1418         int migratetype;
1419         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1420
1421         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1422                 return;
1423
1424         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1425         local_irq_save(flags);
1426         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1427         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1428         local_irq_restore(flags);
1429 }
1430
1431 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1432 {
1433         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1434         struct page *p = page;
1435         unsigned int loop;
1436
1437         prefetchw(p);
1438         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1439                 prefetchw(p + 1);
1440                 __ClearPageReserved(p);
1441                 set_page_count(p, 0);
1442         }
1443         __ClearPageReserved(p);
1444         set_page_count(p, 0);
1445
1446         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1447         set_page_refcounted(page);
1448         __free_pages(page, order);
1449 }
1450
1451 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1452         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1453
1454 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1455
1456 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1457 {
1458         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1459         int nid;
1460
1461         spin_lock(&early_pfn_lock);
1462         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1463         if (nid < 0)
1464                 nid = first_online_node;
1465         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1466
1467         return nid;
1468 }
1469 #endif
1470
1471 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1472 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1473 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1474 {
1475         int nid;
1476
1477         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1478         if (nid >= 0 && nid != node)
1479                 return false;
1480         return true;
1481 }
1482
1483 #else
1484 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1485 {
1486         return true;
1487 }
1488 #endif
1489
1490
1491 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1492                                                         unsigned int order)
1493 {
1494         if (early_page_uninitialised(pfn))
1495                 return;
1496         __free_pages_core(page, order);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1501  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1502  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1503  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1504  * pageblocks.
1505  *
1506  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1507  *
1508  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1509  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1510  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1511  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1512  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1513  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1514  * page in a pageblock.
1515  */
1516 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1517                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1518 {
1519         struct page *start_page;
1520         struct page *end_page;
1521
1522         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1523         end_pfn--;
1524
1525         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1526                 return NULL;
1527
1528         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1529         if (!start_page)
1530                 return NULL;
1531
1532         if (page_zone(start_page) != zone)
1533                 return NULL;
1534
1535         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1536
1537         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1538         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1539                 return NULL;
1540
1541         return start_page;
1542 }
1543
1544 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1545 {
1546         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1547         unsigned long block_end_pfn;
1548
1549         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1550         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1551                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1552                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1553
1554                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1555
1556                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1557                                              block_end_pfn, zone))
1558                         return;
1559         }
1560
1561         /* We confirm that there is no hole */
1562         zone->contiguous = true;
1563 }
1564
1565 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1566 {
1567         zone->contiguous = false;
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1571 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1572                                        unsigned long nr_pages)
1573 {
1574         struct page *page;
1575         unsigned long i;
1576
1577         if (!nr_pages)
1578                 return;
1579
1580         page = pfn_to_page(pfn);
1581
1582         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1583         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1584             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1585                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1586                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1587                 return;
1588         }
1589
1590         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1591                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1592                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1593                 __free_pages_core(page, 0);
1594         }
1595 }
1596
1597 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1598 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1599 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1600
1601 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1602 {
1603         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1604                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1609  *
1610  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1611  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1612  * function is optimized out.
1613  *
1614  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1615  * of the head pfn.
1616  */
1617 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1618 {
1619         if (!pfn_valid_within(pfn))
1620                 return false;
1621         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1622                 return false;
1623         return true;
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1628  * pageblock_nr_pages sizes.
1629  */
1630 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1631                                        unsigned long end_pfn)
1632 {
1633         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1634         unsigned long nr_free = 0;
1635
1636         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1637                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1638                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1639                         nr_free = 0;
1640                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1641                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1642                         nr_free = 1;
1643                         touch_nmi_watchdog();
1644                 } else {
1645                         nr_free++;
1646                 }
1647         }
1648         /* Free the last block of pages to allocator */
1649         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1650 }
1651
1652 /*
1653  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1654  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1655  * Return number of pages initialized.
1656  */
1657 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1658                                                  unsigned long pfn,
1659                                                  unsigned long end_pfn)
1660 {
1661         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1662         int nid = zone_to_nid(zone);
1663         unsigned long nr_pages = 0;
1664         int zid = zone_idx(zone);
1665         struct page *page = NULL;
1666
1667         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1668                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1669                         page = NULL;
1670                         continue;
1671                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1672                         page = pfn_to_page(pfn);
1673                         touch_nmi_watchdog();
1674                 } else {
1675                         page++;
1676                 }
1677                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1678                 nr_pages++;
1679         }
1680         return (nr_pages);
1681 }
1682
1683 /*
1684  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1685  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1686  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1687  * return false indicating there are no valid ranges left.
1688  */
1689 static bool __init
1690 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1691                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1692                                     unsigned long first_init_pfn)
1693 {
1694         u64 j;
1695
1696         /*
1697          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1698          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1699          * so we just need to flush them out of the system.
1700          */
1701         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1702                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1703                         continue;
1704                 if (*spfn < first_init_pfn)
1705                         *spfn = first_init_pfn;
1706                 *i = j;
1707                 return true;
1708         }
1709
1710         return false;
1711 }
1712
1713 /*
1714  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1715  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1716  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1717  * page in __free_one_page()).
1718  *
1719  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1720  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1721  * any issues with the buddy page computation.
1722  */
1723 static unsigned long __init
1724 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1725                        unsigned long *end_pfn)
1726 {
1727         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1728         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1729         unsigned long nr_pages = 0;
1730         u64 j = *i;
1731
1732         /* First we loop through and initialize the page values */
1733         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1734                 unsigned long t;
1735
1736                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1737                         break;
1738
1739                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1740                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1741
1742                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1743                         *start_pfn = mo_pfn;
1744                         break;
1745                 }
1746         }
1747
1748         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1749         swap(j, *i);
1750
1751         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1752                 unsigned long t;
1753
1754                 if (mo_pfn <= spfn)
1755                         break;
1756
1757                 t = min(mo_pfn, epfn);
1758                 deferred_free_pages(spfn, t);
1759
1760                 if (mo_pfn <= epfn)
1761                         break;
1762         }
1763
1764         return nr_pages;
1765 }
1766
1767 /* Initialise remaining memory on a node */
1768 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1769 {
1770         pg_data_t *pgdat = data;
1771         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1772         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1773         unsigned long first_init_pfn, flags;
1774         unsigned long start = jiffies;
1775         struct zone *zone;
1776         int zid;
1777         u64 i;
1778
1779         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1780         if (!cpumask_empty(cpumask))
1781                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1782
1783         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1784         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1785         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1786                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1787                 pgdat_init_report_one_done();
1788                 return 0;
1789         }
1790
1791         /* Sanity check boundaries */
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1793         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1794         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1795
1796         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1797         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1798                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1799                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1800                         break;
1801         }
1802
1803         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1804         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1805                                                  first_init_pfn))
1806                 goto zone_empty;
1807
1808         /*
1809          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1810          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1811          * allocator.
1812          */
1813         while (spfn < epfn)
1814                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1815 zone_empty:
1816         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1817
1818         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1819         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1820
1821         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1822                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1823
1824         pgdat_init_report_one_done();
1825         return 0;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1830  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1831  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1832  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1833  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1834  *
1835  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1836  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1837  * enough pages to satisfy the allocation.
1838  *
1839  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1840  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1841  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1842  */
1843 static noinline bool __init
1844 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1845 {
1846         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1847         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1848         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1849         unsigned long spfn, epfn, flags;
1850         unsigned long nr_pages = 0;
1851         u64 i;
1852
1853         /* Only the last zone may have deferred pages */
1854         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1855                 return false;
1856
1857         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1858
1859         /*
1860          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1861          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1862          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1863          * has this static branch.
1864          */
1865         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1866                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1867                 return true;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1872          * true, as there might be enough pages already.
1873          */
1874         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1875                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1876                 return true;
1877         }
1878
1879         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1880         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1881                                                  first_deferred_pfn)) {
1882                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1883                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1884                 /* Retry only once. */
1885                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1886         }
1887
1888         /*
1889          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1890          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1891          * allocator.
1892          */
1893         while (spfn < epfn) {
1894                 /* update our first deferred PFN for this section */
1895                 first_deferred_pfn = spfn;
1896
1897                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1898
1899                 /* We should only stop along section boundaries */
1900                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1901                         continue;
1902
1903                 /* If our quota has been met we can stop here */
1904                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1905                         break;
1906         }
1907
1908         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1909         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1910
1911         return nr_pages > 0;
1912 }
1913
1914 /*
1915  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1916  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1917  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1918  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1919  */
1920 static bool __ref
1921 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1922 {
1923         return deferred_grow_zone(zone, order);
1924 }
1925
1926 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1927
1928 void __init page_alloc_init_late(void)
1929 {
1930         struct zone *zone;
1931         int nid;
1932
1933 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1934
1935         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1936         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1937         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1938                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1939         }
1940
1941         /* Block until all are initialised */
1942         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1943
1944         /*
1945          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1946          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1947          * will be artificially small.
1948          */
1949         for_each_populated_zone(zone)
1950                 zone_pcp_update(zone);
1951
1952         /*
1953          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1954          * on-demand struct page initialization.
1955          */
1956         static_branch_disable(&deferred_pages);
1957
1958         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1959         files_maxfiles_init();
1960 #endif
1961
1962         /* Discard memblock private memory */
1963         memblock_discard();
1964
1965         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1966                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1967
1968         for_each_populated_zone(zone)
1969                 set_zone_contiguous(zone);
1970 }
1971
1972 #ifdef CONFIG_CMA
1973 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1974 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1975 {
1976         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1977         struct page *p = page;
1978
1979         do {
1980                 __ClearPageReserved(p);
1981                 set_page_count(p, 0);
1982         } while (++p, --i);
1983
1984         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1985
1986         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1987                 i = pageblock_nr_pages;
1988                 p = page;
1989                 do {
1990                         set_page_refcounted(p);
1991                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1992                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1993                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1994         } else {
1995                 set_page_refcounted(page);
1996                 __free_pages(page, pageblock_order);
1997         }
1998
1999         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2000 }
2001 #endif
2002
2003 /*
2004  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2005  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2006  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2007  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2008  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2009  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2010  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2011  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2012  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2013  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2014  *
2015  * -- nyc
2016  */
2017 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2018         int low, int high, struct free_area *area,
2019         int migratetype)
2020 {
2021         unsigned long size = 1 << high;
2022
2023         while (high > low) {
2024                 area--;
2025                 high--;
2026                 size >>= 1;
2027                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2028
2029                 /*
2030                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2031                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2032                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2033                  * pages will stay not present in virtual address space
2034                  */
2035                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2036                         continue;
2037
2038                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2039                 set_page_order(&page[size], high);
2040         }
2041 }
2042
2043 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2044 {
2045         const char *bad_reason = NULL;
2046         unsigned long bad_flags = 0;
2047
2048         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2049                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2050         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2051                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2052         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2053                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2054         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2055                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2056                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2057                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2058                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2059                 return;
2060         }
2061         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2062                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2063                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2064         }
2065 #ifdef CONFIG_MEMCG
2066         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2067                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2068 #endif
2069         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2070 }
2071
2072 /*
2073  * This page is about to be returned from the page allocator
2074  */
2075 static inline int check_new_page(struct page *page)
2076 {
2077         if (likely(page_expected_state(page,
2078                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2079                 return 0;
2080
2081         check_new_page_bad(page);
2082         return 1;
2083 }
2084
2085 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2086 {
2087         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2088                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2089 }
2090
2091 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2092 /*
2093  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2094  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2095  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2096  */
2097 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2098 {
2099         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2100                 return check_new_page(page);
2101         else
2102                 return false;
2103 }
2104
2105 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2106 {
2107         return check_new_page(page);
2108 }
2109 #else
2110 /*
2111  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2112  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2113  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2114  */
2115 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2116 {
2117         return check_new_page(page);
2118 }
2119 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2120 {
2121         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2122                 return check_new_page(page);
2123         else
2124                 return false;
2125 }
2126 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2127
2128 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2129 {
2130         int i;
2131         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2132                 struct page *p = page + i;
2133
2134                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2135                         return true;
2136         }
2137
2138         return false;
2139 }
2140
2141 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2142                                 gfp_t gfp_flags)
2143 {
2144         set_page_private(page, 0);
2145         set_page_refcounted(page);
2146
2147         arch_alloc_page(page, order);
2148         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2149                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2150         kasan_alloc_pages(page, order);
2151         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2152         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2153 }
2154
2155 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2156                                                         unsigned int alloc_flags)
2157 {
2158         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2159
2160         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2161                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2162
2163         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2164                 prep_compound_page(page, order);
2165
2166         /*
2167          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2168          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2169          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2170          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2171          */
2172         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2173                 set_page_pfmemalloc(page);
2174         else
2175                 clear_page_pfmemalloc(page);
2176 }
2177
2178 /*
2179  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2180  * the smallest available page from the freelists
2181  */
2182 static __always_inline
2183 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2184                                                 int migratetype)
2185 {
2186         unsigned int current_order;
2187         struct free_area *area;
2188         struct page *page;
2189
2190         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2191         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2192                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2193                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2194                 if (!page)
2195                         continue;
2196                 del_page_from_free_area(page, area);
2197                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2198                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2199                 return page;
2200         }
2201
2202         return NULL;
2203 }
2204
2205
2206 /*
2207  * This array describes the order lists are fallen back to when
2208  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2209  */
2210 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2211         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2212         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2213         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2214 #ifdef CONFIG_CMA
2215         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2216 #endif
2217 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2218         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2219 #endif
2220 };
2221
2222 #ifdef CONFIG_CMA
2223 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2224                                         unsigned int order)
2225 {
2226         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2227 }
2228 #else
2229 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2230                                         unsigned int order) { return NULL; }
2231 #endif
2232
2233 /*
2234  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2235  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2236  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2237  */
2238 static int move_freepages(struct zone *zone,
2239                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2240                           int migratetype, int *num_movable)
2241 {
2242         struct page *page;
2243         unsigned int order;
2244         int pages_moved = 0;
2245
2246         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2247                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2248                         page++;
2249                         continue;
2250                 }
2251
2252                 if (!PageBuddy(page)) {
2253                         /*
2254                          * We assume that pages that could be isolated for
2255                          * migration are movable. But we don't actually try
2256                          * isolating, as that would be expensive.
2257                          */
2258                         if (num_movable &&
2259                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2260                                 (*num_movable)++;
2261
2262                         page++;
2263                         continue;
2264                 }
2265
2266                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2267                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2268                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2269
2270                 order = page_order(page);
2271                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2272                 page += 1 << order;
2273                 pages_moved += 1 << order;
2274         }
2275
2276         return pages_moved;
2277 }
2278
2279 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2280                                 int migratetype, int *num_movable)
2281 {
2282         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2283         struct page *start_page, *end_page;
2284
2285         if (num_movable)
2286                 *num_movable = 0;
2287
2288         start_pfn = page_to_pfn(page);
2289         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2290         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2291         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2292         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2293
2294         /* Do not cross zone boundaries */
2295         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2296                 start_page = page;
2297         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2298                 return 0;
2299
2300         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2301                                                                 num_movable);
2302 }
2303
2304 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2305                                         int start_order, int migratetype)
2306 {
2307         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2308
2309         while (nr_pageblocks--) {
2310                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2311                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2312         }
2313 }
2314
2315 /*
2316  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2317  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2318  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2319  *
2320  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2321  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2322  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2323  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2324  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2325  * pageblocks.
2326  */
2327 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2328 {
2329         /*
2330          * Leaving this order check is intended, although there is
2331          * relaxed order check in next check. The reason is that
2332          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2333          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2334          * so could be changed anytime.
2335          */
2336         if (order >= pageblock_order)
2337                 return true;
2338
2339         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2340                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2341                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2342                 page_group_by_mobility_disabled)
2343                 return true;
2344
2345         return false;
2346 }
2347
2348 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2349 {
2350         unsigned long max_boost;
2351
2352         if (!watermark_boost_factor)
2353                 return;
2354
2355         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2356                         watermark_boost_factor, 10000);
2357
2358         /*
2359          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2360          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2361          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2362          * allocations that early means that reclaim is not going
2363          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2364          * boosted watermark resulting in a hang.
2365          */
2366         if (!max_boost)
2367                 return;
2368
2369         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2370
2371         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2372                 max_boost);
2373 }
2374
2375 /*
2376  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2377  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2378  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2379  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2380  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2381  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2382  */
2383 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2384                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2385 {
2386         unsigned int current_order = page_order(page);
2387         struct free_area *area;
2388         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2389         int old_block_type;
2390
2391         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2392
2393         /*
2394          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2395          * highatomic accounting.
2396          */
2397         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2398                 goto single_page;
2399
2400         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2401         if (current_order >= pageblock_order) {
2402                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2403                 goto single_page;
2404         }
2405
2406         /*
2407          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2408          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2409          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2410          */
2411         boost_watermark(zone);
2412         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2413                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2414
2415         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2416         if (!whole_block)
2417                 goto single_page;
2418
2419         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2420                                                 &movable_pages);
2421         /*
2422          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2423          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2424          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2425          */
2426         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2427                 alike_pages = movable_pages;
2428         } else {
2429                 /*
2430                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2431                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2432                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2433                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2434                  * exact migratetype of non-movable pages.
2435                  */
2436                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2437                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2438                                                 - (free_pages + movable_pages);
2439                 else
2440                         alike_pages = 0;
2441         }
2442
2443         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2444         if (!free_pages)
2445                 goto single_page;
2446
2447         /*
2448          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2449          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2450          */
2451         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2452                         page_group_by_mobility_disabled)
2453                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2454
2455         return;
2456
2457 single_page:
2458         area = &zone->free_area[current_order];
2459         move_to_free_area(page, area, start_type);
2460 }
2461
2462 /*
2463  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2464  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2465  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2466  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2467  */
2468 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2469                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2470 {
2471         int i;
2472         int fallback_mt;
2473
2474         if (area->nr_free == 0)
2475                 return -1;
2476
2477         *can_steal = false;
2478         for (i = 0;; i++) {
2479                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2480                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2481                         break;
2482
2483                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2484                         continue;
2485
2486                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2487                         *can_steal = true;
2488
2489                 if (!only_stealable)
2490                         return fallback_mt;
2491
2492                 if (*can_steal)
2493                         return fallback_mt;
2494         }
2495
2496         return -1;
2497 }
2498
2499 /*
2500  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2501  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2502  */
2503 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2504                                 unsigned int alloc_order)
2505 {
2506         int mt;
2507         unsigned long max_managed, flags;
2508
2509         /*
2510          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2511          * Check is race-prone but harmless.
2512          */
2513         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2514         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2515                 return;
2516
2517         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2518
2519         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2520         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2521                 goto out_unlock;
2522
2523         /* Yoink! */
2524         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2525         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2526             && !is_migrate_cma(mt)) {
2527                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2528                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2529                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2530         }
2531
2532 out_unlock:
2533         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2534 }
2535
2536 /*
2537  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2538  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2539  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2540  * to recover from than an OOM.
2541  *
2542  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2543  * pageblock is exhausted.
2544  */
2545 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2546                                                 bool force)
2547 {
2548         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2549         unsigned long flags;
2550         struct zoneref *z;
2551         struct zone *zone;
2552         struct page *page;
2553         int order;
2554         bool ret;
2555
2556         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2557                                                                 ac->nodemask) {
2558                 /*
2559                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2560                  * is really high.
2561                  */
2562                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2563                                         pageblock_nr_pages)
2564                         continue;
2565
2566                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2567                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2568                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2569
2570                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2571                         if (!page)
2572                                 continue;
2573
2574                         /*
2575                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2576                          * we can counter several free pages in a pageblock
2577                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2578                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2579                          * adjust the count once.
2580                          */
2581                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2582                                 /*
2583                                  * It should never happen but changes to
2584                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2585                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2586                                  * while unreserving so be safe and watch for
2587                                  * underflows.
2588                                  */
2589                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2590                                                 pageblock_nr_pages,
2591                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2592                         }
2593
2594                         /*
2595                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2596                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2597                          * is doing the work and needs the pages. More
2598                          * importantly, if the block was always converted to
2599                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2600                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2601                          * may increase.
2602                          */
2603                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2604                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2605                                                                         NULL);
2606                         if (ret) {
2607                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2608                                 return ret;
2609                         }
2610                 }
2611                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2612         }
2613
2614         return false;
2615 }
2616
2617 /*
2618  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2619  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2620  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2621  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2622  *
2623  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2624  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2625  * condition simpler.
2626  */
2627 static __always_inline bool
2628 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2629                                                 unsigned int alloc_flags)
2630 {
2631         struct free_area *area;
2632         int current_order;
2633         int min_order = order;
2634         struct page *page;
2635         int fallback_mt;
2636         bool can_steal;
2637
2638         /*
2639          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2640          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2641          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2642          */
2643         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2644                 min_order = pageblock_order;
2645
2646         /*
2647          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2648          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2649          * would be too costly to do exactly.
2650          */
2651         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2652                                 --current_order) {
2653                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2654                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2655                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2656                 if (fallback_mt == -1)
2657                         continue;
2658
2659                 /*
2660                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2661                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2662                  * steal and split the smallest available page instead of the
2663                  * largest available page, because even if the next movable
2664                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2665                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2666                  */
2667                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2668                                         && current_order > order)
2669                         goto find_smallest;
2670
2671                 goto do_steal;
2672         }
2673
2674         return false;
2675
2676 find_smallest:
2677         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2678                                                         current_order++) {
2679                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2680                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2681                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2682                 if (fallback_mt != -1)
2683                         break;
2684         }
2685
2686         /*
2687          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2688          * when looking for the largest page.
2689          */
2690         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2691
2692 do_steal:
2693         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2694
2695         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2696                                                                 can_steal);
2697
2698         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2699                 start_migratetype, fallback_mt);
2700
2701         return true;
2702
2703 }
2704
2705 /*
2706  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2707  * Call me with the zone->lock already held.
2708  */
2709 static __always_inline struct page *
2710 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2711                                                 unsigned int alloc_flags)
2712 {
2713         struct page *page;
2714
2715 retry:
2716         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2717         if (unlikely(!page)) {
2718                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2719                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2720
2721                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2722                                                                 alloc_flags))
2723                         goto retry;
2724         }
2725
2726         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2727         return page;
2728 }
2729
2730 /*
2731  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2732  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2733  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2734  */
2735 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2736                         unsigned long count, struct list_head *list,
2737                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2738 {
2739         int i, alloced = 0;
2740
2741         spin_lock(&zone->lock);
2742         for (i = 0; i < count; ++i) {
2743                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2744                                                                 alloc_flags);
2745                 if (unlikely(page == NULL))
2746                         break;
2747
2748                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2749                         continue;
2750
2751                 /*
2752                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2753                  * physical page order. The page is added to the tail of
2754                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2755                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2756                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2757                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2758                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2759                  * pages are ordered properly.
2760                  */
2761                 list_add_tail(&page->lru, list);
2762                 alloced++;
2763                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2764                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2765                                               -(1 << order));
2766         }
2767
2768         /*
2769          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2770          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2771          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2772          * pages added to the pcp list.
2773          */
2774         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2775         spin_unlock(&zone->lock);
2776         return alloced;
2777 }
2778
2779 #ifdef CONFIG_NUMA
2780 /*
2781  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2782  * currently executing processor on remote nodes after they have
2783  * expired.
2784  *
2785  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2786  * a single processor.
2787  */
2788 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2789 {
2790         unsigned long flags;
2791         int to_drain, batch;
2792
2793         local_irq_save(flags);
2794         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2795         to_drain = min(pcp->count, batch);
2796         if (to_drain > 0)
2797                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2798         local_irq_restore(flags);
2799 }
2800 #endif
2801
2802 /*
2803  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2804  *
2805  * The processor must either be the current processor and the
2806  * thread pinned to the current processor or a processor that
2807  * is not online.
2808  */
2809 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2810 {
2811         unsigned long flags;
2812         struct per_cpu_pageset *pset;
2813         struct per_cpu_pages *pcp;
2814
2815         local_irq_save(flags);
2816         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2817
2818         pcp = &pset->pcp;
2819         if (pcp->count)
2820                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2821         local_irq_restore(flags);
2822 }
2823
2824 /*
2825  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2826  *
2827  * The processor must either be the current processor and the
2828  * thread pinned to the current processor or a processor that
2829  * is not online.
2830  */
2831 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2832 {
2833         struct zone *zone;
2834
2835         for_each_populated_zone(zone) {
2836                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2837         }
2838 }
2839
2840 /*
2841  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2842  *
2843  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2844  * the single zone's pages.
2845  */
2846 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2847 {
2848         int cpu = smp_processor_id();
2849
2850         if (zone)
2851                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2852         else
2853                 drain_pages(cpu);
2854 }
2855
2856 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2857 {
2858         struct pcpu_drain *drain;
2859
2860         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2861
2862         /*
2863          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2864          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2865          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2866          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2867          * a different one.
2868          */
2869         preempt_disable();
2870         drain_local_pages(drain->zone);
2871         preempt_enable();
2872 }
2873
2874 /*
2875  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2876  *
2877  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2878  *
2879  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2880  */
2881 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2882 {
2883         int cpu;
2884
2885         /*
2886          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2887          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2888          */
2889         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2890
2891         /*
2892          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2893          * initialized.
2894          */
2895         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2896                 return;
2897
2898         /*
2899          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2900          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2901          * the drain to be complete when the call returns.
2902          */
2903         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2904                 if (!zone)
2905                         return;
2906                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2907         }
2908
2909         /*
2910          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2911          * as offline notification will cause the notified
2912          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2913          * disables preemption as part of its processing
2914          */
2915         for_each_online_cpu(cpu) {
2916                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2917                 struct zone *z;
2918                 bool has_pcps = false;
2919
2920                 if (zone) {
2921                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2922                         if (pcp->pcp.count)
2923                                 has_pcps = true;
2924                 } else {
2925                         for_each_populated_zone(z) {
2926                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2927                                 if (pcp->pcp.count) {
2928                                         has_pcps = true;
2929                                         break;
2930                                 }
2931                         }
2932                 }
2933
2934                 if (has_pcps)
2935                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2936                 else
2937                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2938         }
2939
2940         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2941                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2942
2943                 drain->zone = zone;
2944                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2945                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2946         }
2947         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2948                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2949
2950         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2951 }
2952
2953 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2954
2955 /*
2956  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2957  */
2958 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2959
2960 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2961 {
2962         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2963         unsigned long flags;
2964         unsigned int order, t;
2965         struct page *page;
2966
2967         if (zone_is_empty(zone))
2968                 return;
2969
2970         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2971
2972         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2973         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2974                 if (pfn_valid(pfn)) {
2975                         page = pfn_to_page(pfn);
2976
2977                         if (!--page_count) {
2978                                 touch_nmi_watchdog();
2979                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2980                         }
2981
2982                         if (page_zone(page) != zone)
2983                                 continue;
2984
2985                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2986                                 swsusp_unset_page_free(page);
2987                 }
2988
2989         for_each_migratetype_order(order, t) {
2990                 list_for_each_entry(page,
2991                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2992                         unsigned long i;
2993
2994                         pfn = page_to_pfn(page);
2995                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2996                                 if (!--page_count) {
2997                                         touch_nmi_watchdog();
2998                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2999                                 }
3000                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3001                         }
3002                 }
3003         }
3004         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3005 }
3006 #endif /* CONFIG_PM */
3007
3008 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3009 {
3010         int migratetype;
3011
3012         if (!free_pcp_prepare(page))
3013                 return false;
3014
3015         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3016         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3017         return true;
3018 }
3019
3020 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3021 {
3022         struct zone *zone = page_zone(page);
3023         struct per_cpu_pages *pcp;
3024         int migratetype;
3025
3026         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3027         __count_vm_event(PGFREE);
3028
3029         /*
3030          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3031          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3032          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3033          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3034          * excessively into the page allocator
3035          */
3036         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3037                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3038                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3039                         return;
3040                 }
3041                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3042         }
3043
3044         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3045         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3046         pcp->count++;
3047         if (pcp->count >= pcp->high) {
3048                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3049                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3050         }
3051 }
3052
3053 /*
3054  * Free a 0-order page
3055  */
3056 void free_unref_page(struct page *page)
3057 {
3058         unsigned long flags;
3059         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3060
3061         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3062                 return;
3063
3064         local_irq_save(flags);
3065         free_unref_page_commit(page, pfn);
3066         local_irq_restore(flags);
3067 }
3068
3069 /*
3070  * Free a list of 0-order pages
3071  */
3072 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3073 {
3074         struct page *page, *next;
3075         unsigned long flags, pfn;
3076         int batch_count = 0;
3077
3078         /* Prepare pages for freeing */
3079         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3080                 pfn = page_to_pfn(page);
3081                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3082                         list_del(&page->lru);
3083                 set_page_private(page, pfn);
3084         }
3085
3086         local_irq_save(flags);
3087         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3088                 unsigned long pfn = page_private(page);
3089
3090                 set_page_private(page, 0);
3091                 trace_mm_page_free_batched(page);
3092                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3093
3094                 /*
3095                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3096                  * a large list of pages to free.
3097                  */
3098                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3099                         local_irq_restore(flags);
3100                         batch_count = 0;
3101                         local_irq_save(flags);
3102                 }
3103         }
3104         local_irq_restore(flags);
3105 }
3106
3107 /*
3108  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3109  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3110  * Each sub-page must be freed individually.
3111  *
3112  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3113  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3114  */
3115 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3116 {
3117         int i;
3118
3119         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3120         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3121
3122         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3123                 set_page_refcounted(page + i);
3124         split_page_owner(page, order);
3125 }
3126 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3127
3128 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3129 {
3130         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3131         unsigned long watermark;
3132         struct zone *zone;
3133         int mt;
3134
3135         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3136
3137         zone = page_zone(page);
3138         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3139
3140         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3141                 /*
3142                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3143                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3144                  * watermark, because we already know our high-order page
3145                  * exists.
3146                  */
3147                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3148                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3149                         return 0;
3150
3151                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3152         }
3153
3154         /* Remove page from free list */
3155
3156         del_page_from_free_area(page, area);
3157
3158         /*
3159          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3160          * pageblock
3161          */
3162         if (order >= pageblock_order - 1) {
3163                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3164                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3165                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3166                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3167                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3168                                 set_pageblock_migratetype(page,
3169                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3170                 }
3171         }
3172
3173
3174         return 1UL << order;
3175 }
3176
3177 /*
3178  * Update NUMA hit/miss statistics
3179  *
3180  * Must be called with interrupts disabled.
3181  */
3182 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3183 {
3184 #ifdef CONFIG_NUMA
3185         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3186
3187         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3188         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3189                 return;
3190
3191         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3192                 local_stat = NUMA_OTHER;
3193
3194         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3195                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3196         else {
3197                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3198                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3199         }
3200         __inc_numa_state(z, local_stat);
3201 #endif
3202 }
3203
3204 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3205 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3206                         unsigned int alloc_flags,
3207                         struct per_cpu_pages *pcp,
3208                         struct list_head *list)
3209 {
3210         struct page *page;
3211
3212         do {
3213                 if (list_empty(list)) {
3214                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3215                                         pcp->batch, list,
3216                                         migratetype, alloc_flags);
3217                         if (unlikely(list_empty(list)))
3218                                 return NULL;
3219                 }
3220
3221                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3222                 list_del(&page->lru);
3223                 pcp->count--;
3224         } while (check_new_pcp(page));
3225
3226         return page;
3227 }
3228
3229 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3230 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3231                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3232                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3233 {
3234         struct per_cpu_pages *pcp;
3235         struct list_head *list;
3236         struct page *page;
3237         unsigned long flags;
3238
3239         local_irq_save(flags);
3240         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3241         list = &pcp->lists[migratetype];
3242         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3243         if (page) {
3244                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3245                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3246         }
3247         local_irq_restore(flags);
3248         return page;
3249 }
3250
3251 /*
3252  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3253  */
3254 static inline
3255 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3256                         struct zone *zone, unsigned int order,
3257                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3258                         int migratetype)
3259 {
3260         unsigned long flags;
3261         struct page *page;
3262
3263         if (likely(order == 0)) {
3264                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3265                                         migratetype, alloc_flags);
3266                 goto out;
3267         }
3268
3269         /*
3270          * We most definitely don't want callers attempting to
3271          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3272          */
3273         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3274         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3275
3276         do {
3277                 page = NULL;
3278                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3279                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3280                         if (page)
3281                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3282                 }
3283                 if (!page)
3284                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3285         } while (page && check_new_pages(page, order));
3286         spin_unlock(&zone->lock);
3287         if (!page)
3288                 goto failed;
3289         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3290                                   get_pcppage_migratetype(page));
3291
3292         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3293         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3294         local_irq_restore(flags);
3295
3296 out:
3297         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3298         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3299                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3300                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3301         }
3302
3303         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3304         return page;
3305
3306 failed:
3307         local_irq_restore(flags);
3308         return NULL;
3309 }
3310
3311 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3312
3313 static struct {
3314         struct fault_attr attr;
3315
3316         bool ignore_gfp_highmem;
3317         bool ignore_gfp_reclaim;
3318         u32 min_order;
3319 } fail_page_alloc = {
3320         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3321         .ignore_gfp_reclaim = true,
3322         .ignore_gfp_highmem = true,
3323         .min_order = 1,
3324 };
3325
3326 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3327 {
3328         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3329 }
3330 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3331
3332 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3333 {
3334         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3335                 return false;
3336         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3337                 return false;
3338         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3339                 return false;
3340         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3341                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3342                 return false;
3343
3344         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3345 }
3346
3347 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3348
3349 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3350 {
3351         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3352         struct dentry *dir;
3353
3354         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3355                                         &fail_page_alloc.attr);
3356
3357         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3358                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3359         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3360                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3361         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3362
3363         return 0;
3364 }
3365
3366 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3367
3368 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3369
3370 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3371
3372 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3373 {
3374         return false;
3375 }
3376
3377 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3378
3379 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3380 {
3381         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3382 }
3383 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3384
3385 /*
3386  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3387  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3388  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3389  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3390  */
3391 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3392                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3393                          long free_pages)
3394 {
3395         long min = mark;
3396         int o;
3397         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3398
3399         /* free_pages may go negative - that's OK */
3400         free_pages -= (1 << order) - 1;
3401
3402         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3403                 min -= min / 2;
3404
3405         /*
3406          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3407          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3408          * atomic reserve but it avoids a search.
3409          */
3410         if (likely(!alloc_harder)) {
3411                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3412         } else {
3413                 /*
3414                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3415                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3416                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3417                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3418                  */
3419                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3420                         min -= min / 2;
3421                 else
3422                         min -= min / 4;
3423         }
3424
3425
3426 #ifdef CONFIG_CMA
3427         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3428         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3429                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3430 #endif
3431
3432         /*
3433          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3434          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3435          * even if a suitable page happened to be free.
3436          */
3437         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3438                 return false;
3439
3440         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3441         if (!order)
3442                 return true;
3443
3444         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3445         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3446                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3447                 int mt;
3448
3449                 if (!area->nr_free)
3450                         continue;
3451
3452                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3453                         if (!free_area_empty(area, mt))
3454                                 return true;
3455                 }
3456
3457 #ifdef CONFIG_CMA
3458                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3459                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3460                         return true;
3461                 }
3462 #endif
3463                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3464                         return true;
3465         }
3466         return false;
3467 }
3468
3469 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3470                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3471 {
3472         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3473                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3474 }
3475
3476 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3477                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3478 {
3479         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3480         long cma_pages = 0;
3481
3482 #ifdef CONFIG_CMA
3483         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3484         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3485                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3486 #endif
3487
3488         /*
3489          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3490          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3491          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3492          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3493          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3494          */
3495         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3496                 return true;
3497
3498         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3499                                         free_pages);
3500 }
3501
3502 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3503                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3504 {
3505         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3506
3507         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3508                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3509
3510         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3511                                                                 free_pages);
3512 }
3513
3514 #ifdef CONFIG_NUMA
3515 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3516 {
3517         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3518                                 node_reclaim_distance;
3519 }
3520 #else   /* CONFIG_NUMA */
3521 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3522 {
3523         return true;
3524 }
3525 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3526
3527 /*
3528  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3529  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3530  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3531  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3532  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3533  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3534  */
3535 static inline unsigned int
3536 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3537 {
3538         unsigned int alloc_flags;
3539
3540         /*
3541          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3542          * to save a branch.
3543          */
3544         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3545
3546 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3547         if (!zone)
3548                 return alloc_flags;
3549
3550         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3551                 return alloc_flags;
3552
3553         /*
3554          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3555          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3556          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3557          */
3558         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3559         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3560                 return alloc_flags;
3561
3562         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3563 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3564         return alloc_flags;
3565 }
3566
3567 /*
3568  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3569  * a page.
3570  */
3571 static struct page *
3572 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3573                                                 const struct alloc_context *ac)
3574 {
3575         struct zoneref *z;
3576         struct zone *zone;
3577         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3578         bool no_fallback;
3579
3580 retry:
3581         /*
3582          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3583          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3584          */
3585         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3586         z = ac->preferred_zoneref;
3587         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3588                                                                 ac->nodemask) {
3589                 struct page *page;
3590                 unsigned long mark;
3591
3592                 if (cpusets_enabled() &&
3593                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3594                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3595                                 continue;
3596                 /*
3597                  * When allocating a page cache page for writing, we
3598                  * want to get it from a node that is within its dirty
3599                  * limit, such that no single node holds more than its
3600                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3601                  * The dirty limits take into account the node's
3602                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3603                  * should be able to balance it without having to
3604                  * write pages from its LRU list.
3605                  *
3606                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3607                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3608                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3609                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3610                  * nodes are together not big enough to reach the
3611                  * global limit.  The proper fix for these situations
3612                  * will require awareness of nodes in the
3613                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3614                  */
3615                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3616                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3617                                 continue;
3618
3619                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3620                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3621                                 continue;
3622                         }
3623                 }
3624
3625                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3626                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3627                         int local_nid;
3628
3629                         /*
3630                          * If moving to a remote node, retry but allow
3631                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3632                          * than fragmentation avoidance.
3633                          */
3634                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3635                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3636                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3637                                 goto retry;
3638                         }
3639                 }
3640
3641                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3642                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3643                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3644                         int ret;
3645
3646 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3647                         /*
3648                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3649                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3650                          */
3651                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3652                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3653                                         goto try_this_zone;
3654                         }
3655 #endif
3656                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3657                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3658                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3659                                 goto try_this_zone;
3660
3661                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3662                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3663                                 continue;
3664
3665                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3666                         switch (ret) {
3667                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3668                                 /* did not scan */
3669                                 continue;
3670                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3671                                 /* scanned but unreclaimable */
3672                                 continue;
3673                         default:
3674                                 /* did we reclaim enough */
3675                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3676                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3677                                         goto try_this_zone;
3678
3679                                 continue;
3680                         }
3681                 }
3682
3683 try_this_zone:
3684                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3685                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3686                 if (page) {
3687                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3688
3689                         /*
3690                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3691                          * if the pageblock should be reserved for the future
3692                          */
3693                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3694                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3695
3696                         return page;
3697                 } else {
3698 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3699                         /* Try again if zone has deferred pages */
3700                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3701                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3702                                         goto try_this_zone;
3703                         }
3704 #endif
3705                 }
3706         }
3707
3708         /*
3709          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3710          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3711          */
3712         if (no_fallback) {
3713                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3714                 goto retry;
3715         }
3716
3717         return NULL;
3718 }
3719
3720 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3721 {
3722         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3723
3724         /*
3725          * This documents exceptions given to allocations in certain
3726          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3727          * of allowed nodes.
3728          */
3729         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3730                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3731                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3732                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3733         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3734                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3735
3736         show_mem(filter, nodemask);
3737 }
3738
3739 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3740 {
3741         struct va_format vaf;
3742         va_list args;
3743         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3744
3745         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3746                 return;
3747
3748         va_start(args, fmt);
3749         vaf.fmt = fmt;
3750         vaf.va = &args;
3751         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3752                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3753                         nodemask_pr_args(nodemask));
3754         va_end(args);
3755
3756         cpuset_print_current_mems_allowed();
3757         pr_cont("\n");
3758         dump_stack();
3759         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3760 }
3761
3762 static inline struct page *
3763 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3764                               unsigned int alloc_flags,
3765                               const struct alloc_context *ac)
3766 {
3767         struct page *page;
3768
3769         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3770                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3771         /*
3772          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3773          * are depleted
3774          */
3775         if (!page)
3776                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3777                                 alloc_flags, ac);
3778
3779         return page;
3780 }
3781
3782 static inline struct page *
3783 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3784         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3785 {
3786         struct oom_control oc = {
3787                 .zonelist = ac->zonelist,
3788                 .nodemask = ac->nodemask,
3789                 .memcg = NULL,
3790                 .gfp_mask = gfp_mask,
3791                 .order = order,
3792         };
3793         struct page *page;
3794
3795         *did_some_progress = 0;
3796
3797         /*
3798          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3799          * making progress for us.
3800          */
3801         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3802                 *did_some_progress = 1;
3803                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3804                 return NULL;
3805         }
3806
3807         /*
3808          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3809          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3810          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3811          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3812          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3813          */
3814         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3815                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3816                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3817         if (page)
3818                 goto out;
3819
3820         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3821         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3822                 goto out;
3823         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3824         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3825                 goto out;
3826         /*
3827          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3828          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3829          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3830          * fallback than shooting a random task.
3831          */
3832         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3833                 goto out;
3834         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3835         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3836                 goto out;
3837         if (pm_suspended_storage())
3838                 goto out;
3839         /*
3840          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3841          * other request to make a forward progress.
3842          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3843          * do much for this context but let's try it to at least get
3844          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3845          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3846          * failures more gracefully we should just bail out here.
3847          */
3848
3849         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3850         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3851                 goto out;
3852
3853         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3854         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3855                 *did_some_progress = 1;
3856
3857                 /*
3858                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3859                  * reserves
3860                  */
3861                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3862                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3863                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3864         }
3865 out:
3866         mutex_unlock(&oom_lock);
3867         return page;
3868 }
3869
3870 /*
3871  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3872  * killer is consider as the only way to move forward.
3873  */
3874 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3875
3876 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3877 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3878 static struct page *
3879 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3880                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3881                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3882 {
3883         struct page *page = NULL;
3884         unsigned long pflags;
3885         unsigned int noreclaim_flag;
3886
3887         if (!order)
3888                 return NULL;
3889
3890         psi_memstall_enter(&pflags);
3891         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3892
3893         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3894                                                                 prio, &page);
3895
3896         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3897         psi_memstall_leave(&pflags);
3898
3899         /*
3900          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3901          * count a compaction stall
3902          */
3903         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3904
3905         /* Prep a captured page if available */
3906         if (page)
3907                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3908
3909         /* Try get a page from the freelist if available */
3910         if (!page)
3911                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3912
3913         if (page) {
3914                 struct zone *zone = page_zone(page);
3915
3916                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3917                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3918                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3919                 return page;
3920         }
3921
3922         /*
3923          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3924          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3925          */
3926         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3927
3928         cond_resched();
3929
3930         return NULL;
3931 }
3932
3933 static inline bool
3934 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3935                      enum compact_result compact_result,
3936                      enum compact_priority *compact_priority,
3937                      int *compaction_retries)
3938 {
3939         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3940         int min_priority;
3941         bool ret = false;
3942         int retries = *compaction_retries;
3943         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3944
3945         if (!order)
3946                 return false;
3947
3948         if (compaction_made_progress(compact_result))
3949                 (*compaction_retries)++;
3950
3951         /*
3952          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3953          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3954          * failure could be caused by insufficient priority
3955          */
3956         if (compaction_failed(compact_result))
3957                 goto check_priority;
3958
3959         /*
3960          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3961          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3962          */
3963         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3964                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3965                 goto out;
3966         }
3967
3968         /*
3969          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3970          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3971          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3972          * we don't just keep bailing out endlessly.
3973          */
3974         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3975                 goto check_priority;
3976         }
3977
3978         /*
3979          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3980          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3981          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3982          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3983          * would need much more detailed feedback from compaction to
3984          * make a better decision.
3985          */
3986         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3987                 max_retries /= 4;
3988         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3989                 ret = true;
3990                 goto out;
3991         }
3992
3993         /*
3994          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3995          * all retries or failed at the lower priorities.
3996          */
3997 check_priority:
3998         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3999                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4000
4001         if (*compact_priority > min_priority) {
4002                 (*compact_priority)--;
4003                 *compaction_retries = 0;
4004                 ret = true;
4005         }
4006 out:
4007         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4008         return ret;
4009 }
4010 #else
4011 static inline struct page *
4012 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4013                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4014                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4015 {
4016         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4017         return NULL;
4018 }
4019
4020 static inline bool
4021 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4022                      enum compact_result compact_result,
4023                      enum compact_priority *compact_priority,
4024                      int *compaction_retries)
4025 {
4026         struct zone *zone;
4027         struct zoneref *z;
4028
4029         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4030                 return false;
4031
4032         /*
4033          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4034          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4035          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4036          * watermarks are OK.
4037          */
4038         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4039                                         ac->nodemask) {
4040                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4041                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4042                         return true;
4043         }
4044         return false;
4045 }
4046 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4047
4048 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4049 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4050         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4051
4052 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4053 {
4054         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4055
4056         /* no reclaim without waiting on it */
4057         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4058                 return false;
4059
4060         /* this guy won't enter reclaim */
4061         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4062                 return false;
4063
4064         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4065         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4066                 return false;
4067
4068         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4069                 return false;
4070
4071         return true;
4072 }
4073
4074 void __fs_reclaim_acquire(void)
4075 {
4076         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4077 }
4078
4079 void __fs_reclaim_release(void)
4080 {
4081         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4082 }
4083
4084 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4085 {
4086         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4087                 __fs_reclaim_acquire();
4088 }
4089 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4090
4091 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4092 {
4093         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4094                 __fs_reclaim_release();
4095 }
4096 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4097 #endif
4098
4099 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4100 static int
4101 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4102                                         const struct alloc_context *ac)
4103 {
4104         int progress;
4105         unsigned int noreclaim_flag;
4106         unsigned long pflags;
4107
4108         cond_resched();
4109
4110         /* We now go into synchronous reclaim */
4111         cpuset_memory_pressure_bump();
4112         psi_memstall_enter(&pflags);
4113         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4114         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4115
4116         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4117                                                                 ac->nodemask);
4118
4119         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4120         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4121         psi_memstall_leave(&pflags);
4122
4123         cond_resched();
4124
4125         return progress;
4126 }
4127
4128 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4129 static inline struct page *
4130 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4131                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4132                 unsigned long *did_some_progress)
4133 {
4134         struct page *page = NULL;
4135         bool drained = false;
4136
4137         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4138         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4139                 return NULL;
4140
4141 retry:
4142         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4143
4144         /*
4145          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4146          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4147          * Shrink them them and try again
4148          */
4149         if (!page && !drained) {
4150                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4151                 drain_all_pages(NULL);
4152                 drained = true;
4153                 goto retry;
4154         }
4155
4156         return page;
4157 }
4158
4159 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4160                              const struct alloc_context *ac)
4161 {
4162         struct zoneref *z;
4163         struct zone *zone;
4164         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4165         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4166
4167         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4168                                         ac->nodemask) {
4169                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4170                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4171                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4172         }
4173 }
4174
4175 static inline unsigned int
4176 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4177 {
4178         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4179
4180         /*
4181          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4182          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4183          * to save two branches.
4184          */
4185         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4186         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4187
4188         /*
4189          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4190          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4191          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4192          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4193          */
4194         alloc_flags |= (__force int)
4195                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4196
4197         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4198                 /*
4199                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4200                  * if it can't schedule.
4201                  */
4202                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4203                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4204                 /*
4205                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4206                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4207                  */
4208                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4209         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4210                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4211
4212 #ifdef CONFIG_CMA
4213         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4214                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4215 #endif
4216         return alloc_flags;
4217 }
4218
4219 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4220 {
4221         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4222                 return false;
4223
4224         /*
4225          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4226          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4227          */
4228         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4229                 return false;
4230
4231         return true;
4232 }
4233
4234 /*
4235  * Distinguish requests which really need access to full memory
4236  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4237  */
4238 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4239 {
4240         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4241                 return 0;
4242         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4243                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4244         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4245                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4246         if (!in_interrupt()) {
4247                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4248                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4249                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4250                         return ALLOC_OOM;
4251         }
4252
4253         return 0;
4254 }
4255
4256 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4257 {
4258         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4259 }
4260
4261 /*
4262  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4263  * for the given allocation request.
4264  *
4265  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4266  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4267  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4268  *
4269  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4270  */
4271 static inline bool
4272 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4273                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4274                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4275 {
4276         struct zone *zone;
4277         struct zoneref *z;
4278         bool ret = false;
4279
4280         /*
4281          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4282          * their order will become available due to high fragmentation so
4283          * always increment the no progress counter for them
4284          */
4285         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4286                 *no_progress_loops = 0;
4287         else
4288                 (*no_progress_loops)++;
4289
4290         /*
4291          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4292          * several times in the row.
4293          */
4294         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4295                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4296                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4297         }
4298
4299         /*
4300          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4301          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4302          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4303          * screwed and have to go OOM.
4304          */
4305         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4306                                         ac->nodemask) {
4307                 unsigned long available;
4308                 unsigned long reclaimable;
4309                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4310                 bool wmark;
4311
4312                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4313                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4314
4315                 /*
4316                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4317                  * reclaimable pages?
4318                  */
4319                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4320                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4321                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4322                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4323                 if (wmark) {
4324                         /*
4325                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4326                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4327                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4328                          * prevent from pre mature OOM
4329                          */
4330                         if (!did_some_progress) {
4331                                 unsigned long write_pending;
4332
4333                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4334                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4335
4336                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4337                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4338                                         return true;
4339                                 }
4340                         }
4341
4342                         ret = true;
4343                         goto out;
4344                 }
4345         }
4346
4347 out:
4348         /*
4349          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4350          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4351          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4352          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4353          * here rather than calling cond_resched().
4354          */
4355         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4356                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4357         else
4358                 cond_resched();
4359         return ret;
4360 }
4361
4362 static inline bool
4363 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4364 {
4365         /*
4366          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4367          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4368          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4369          * such a way the check therein was true, and then it became false
4370          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4371          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4372          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4373          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4374          * caller can deal with a violated nodemask.
4375          */
4376         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4377                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4378                 ac->nodemask = NULL;
4379                 return true;
4380         }
4381
4382         /*
4383          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4384          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4385          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4386          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4387          * retry.
4388          */
4389         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4390                 return true;
4391
4392         return false;
4393 }
4394
4395 static inline struct page *
4396 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4397                                                 struct alloc_context *ac)
4398 {
4399         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4400         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4401         struct page *page = NULL;
4402         unsigned int alloc_flags;
4403         unsigned long did_some_progress;
4404         enum compact_priority compact_priority;
4405         enum compact_result compact_result;
4406         int compaction_retries;
4407         int no_progress_loops;
4408         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4409         int reserve_flags;
4410
4411         /*
4412          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4413          * callers that are not in atomic context.
4414          */
4415         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4416                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4417                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4418
4419 retry_cpuset:
4420         compaction_retries = 0;
4421         no_progress_loops = 0;
4422         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4423         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4424
4425         /*
4426          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4427          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4428          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4429          */
4430         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4431
4432         /*
4433          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4434          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4435          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4436          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4437          */
4438         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4439                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4440         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4441                 goto nopage;
4442
4443         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4444                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4445
4446         /*
4447          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4448          * that first
4449          */
4450         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4451         if (page)
4452                 goto got_pg;
4453
4454         /*
4455          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4456          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4457          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4458          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4459          * same migratetype.
4460          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4461          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4462          */
4463         if (can_direct_reclaim &&
4464                         (costly_order ||
4465                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4466                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4467                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4468                                                 alloc_flags, ac,
4469                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4470                                                 &compact_result);
4471                 if (page)
4472                         goto got_pg;
4473
4474                 /*
4475                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4476                  * includes some THP page fault allocations
4477                  */
4478                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4479                         /*
4480                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4481                          * failed because all zones are below low watermarks
4482                          * or is prohibited because it recently failed at this
4483                          * order, fail immediately unless the allocator has
4484                          * requested compaction and reclaim retry.
4485                          *
4486                          * Reclaim is
4487                          *  - potentially very expensive because zones are far
4488                          *    below their low watermarks or this is part of very
4489                          *    bursty high order allocations,
4490                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4491                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4492                          *    linear scan, and
4493                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4494                          *    own.
4495                          */
4496                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4497                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4498                                 goto nopage;
4499
4500                         /*
4501                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4502                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4503                          * using async compaction.
4504                          */
4505                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4506                 }
4507         }
4508
4509 retry:
4510         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4511         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4512                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4513
4514         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4515         if (reserve_flags)
4516                 alloc_flags = reserve_flags;
4517
4518         /*
4519          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4520          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4521          * user oriented.
4522          */
4523         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4524                 ac->nodemask = NULL;
4525                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4526                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4527         }
4528
4529         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4530         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4531         if (page)
4532                 goto got_pg;
4533
4534         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4535         if (!can_direct_reclaim)
4536                 goto nopage;
4537
4538         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4539         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4540                 goto nopage;
4541
4542         /* Try direct reclaim and then allocating */
4543         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4544                                                         &did_some_progress);
4545         if (page)
4546                 goto got_pg;
4547
4548         /* Try direct compaction and then allocating */
4549         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4550                                         compact_priority, &compact_result);
4551         if (page)
4552                 goto got_pg;
4553
4554         /* Do not loop if specifically requested */
4555         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4556                 goto nopage;
4557
4558         /*
4559          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4560          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4561          */
4562         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4563                 goto nopage;
4564
4565         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4566                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4567                 goto retry;
4568
4569         /*
4570          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4571          * reclaim is not able to make any progress because the current
4572          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4573          * of free memory (see __compaction_suitable)
4574          */
4575         if (did_some_progress > 0 &&
4576                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4577                                 compact_result, &compact_priority,
4578                                 &compaction_retries))
4579                 goto retry;
4580
4581
4582         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4583         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4584                 goto retry_cpuset;
4585
4586         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4587         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4588         if (page)
4589                 goto got_pg;
4590
4591         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4592         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4593             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4594              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4595                 goto nopage;
4596
4597         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4598         if (did_some_progress) {
4599                 no_progress_loops = 0;
4600                 goto retry;
4601         }
4602
4603 nopage:
4604         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4605         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4606                 goto retry_cpuset;
4607
4608         /*
4609          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4610          * we always retry
4611          */
4612         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4613                 /*
4614                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4615                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4616                  */
4617                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4618                         goto fail;
4619
4620                 /*
4621                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4622                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4623                  * for somebody to do a work for us
4624                  */
4625                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4626
4627                 /*
4628                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4629                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4630                  * so that we can identify them and convert them to something
4631                  * else.
4632                  */
4633                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4634
4635                 /*
4636                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4637                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4638                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4639                  * the situation worse
4640                  */
4641                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4642                 if (page)
4643                         goto got_pg;
4644
4645                 cond_resched();
4646                 goto retry;
4647         }
4648 fail:
4649         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4650                         "page allocation failure: order:%u", order);
4651 got_pg:
4652         return page;
4653 }
4654
4655 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4656                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4657                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4658                 unsigned int *alloc_flags)
4659 {
4660         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4661         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4662         ac->nodemask = nodemask;
4663         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4664
4665         if (cpusets_enabled()) {
4666                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4667                 if (!ac->nodemask)
4668                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4669                 else
4670                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4671         }
4672
4673         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4674         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4675
4676         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4677
4678         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4679                 return false;
4680
4681         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4682                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4683
4684         return true;
4685 }
4686
4687 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4688 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4689 {
4690         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4691         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4692
4693         /*
4694          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4695          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4696          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4697          */
4698         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4699                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4700 }
4701
4702 /*
4703  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4704  */
4705 struct page *
4706 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4707                                                         nodemask_t *nodemask)
4708 {
4709         struct page *page;
4710         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4711         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4712         struct alloc_context ac = { };
4713
4714         /*
4715          * There are several places where we assume that the order value is sane
4716          * so bail out early if the request is out of bound.
4717          */
4718         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4719                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4720                 return NULL;
4721         }
4722
4723         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4724         alloc_mask = gfp_mask;
4725         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4726                 return NULL;
4727
4728         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4729
4730         /*
4731          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4732          * memory until all local zones are considered.
4733          */
4734         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4735
4736         /* First allocation attempt */
4737         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4738         if (likely(page))
4739                 goto out;
4740
4741         /*
4742          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4743          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4744          * from a particular context which has been marked by
4745          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4746          */
4747         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4748         ac.spread_dirty_pages = false;
4749
4750         /*
4751          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4752          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4753          */
4754         ac.nodemask = nodemask;
4755
4756         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4757
4758 out:
4759         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4760             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4761                 __free_pages(page, order);
4762                 page = NULL;
4763         }
4764
4765         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4766
4767         return page;
4768 }
4769 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4770
4771 /*
4772  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4773  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4774  * you need to access high mem.
4775  */
4776 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4777 {
4778         struct page *page;
4779
4780         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4781         if (!page)
4782                 return 0;
4783         return (unsigned long) page_address(page);
4784 }
4785 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4786
4787 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4788 {
4789         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4790 }
4791 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4792
4793 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4794 {
4795         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4796                 free_unref_page(page);
4797         else
4798                 __free_pages_ok(page, order);
4799 }
4800
4801 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4802 {
4803         if (put_page_testzero(page))
4804                 free_the_page(page, order);
4805 }
4806 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4807
4808 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4809 {
4810         if (addr != 0) {
4811                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4812                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4813         }
4814 }
4815
4816 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4817
4818 /*
4819  * Page Fragment:
4820  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4821  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4822  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4823  *
4824  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4825  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4826  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4827  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4828  */
4829 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4830                                              gfp_t gfp_mask)
4831 {
4832         struct page *page = NULL;
4833         gfp_t gfp = gfp_mask;
4834
4835 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4836         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4837                     __GFP_NOMEMALLOC;
4838         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4839                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4840         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4841 #endif
4842         if (unlikely(!page))
4843                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4844
4845         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4846
4847         return page;
4848 }
4849
4850 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4851 {
4852         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4853
4854         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4855                 free_the_page(page, compound_order(page));
4856 }
4857 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4858
4859 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4860                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4861 {
4862         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4863         struct page *page;
4864         int offset;
4865
4866         if (unlikely(!nc->va)) {
4867 refill:
4868                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4869                 if (!page)
4870                         return NULL;
4871
4872 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4873                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4874                 size = nc->size;
4875 #endif
4876                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4877                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4878                  */
4879                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4880
4881                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4882                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4883                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4884                 nc->offset = size;
4885         }
4886
4887         offset = nc->offset - fragsz;
4888         if (unlikely(offset < 0)) {
4889                 page = virt_to_page(nc->va);
4890
4891                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4892                         goto refill;
4893
4894 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4895                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4896                 size = nc->size;
4897 #endif
4898                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4899                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4900
4901                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4902                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4903                 offset = size - fragsz;
4904         }
4905
4906         nc->pagecnt_bias--;
4907         nc->offset = offset;
4908
4909         return nc->va + offset;
4910 }
4911 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4912
4913 /*
4914  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4915  */
4916 void page_frag_free(void *addr)
4917 {
4918         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4919
4920         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4921                 free_the_page(page, compound_order(page));
4922 }
4923 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4924
4925 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4926                 size_t size)
4927 {
4928         if (addr) {
4929                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4930                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4931
4932                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4933                 while (used < alloc_end) {
4934                         free_page(used);
4935                         used += PAGE_SIZE;
4936                 }
4937         }
4938         return (void *)addr;
4939 }
4940
4941 /**
4942  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4943  * @size: the number of bytes to allocate
4944  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4945  *
4946  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4947  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4948  * allocate memory in power-of-two pages.
4949  *
4950  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4951  *
4952  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4953  *
4954  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4955  */
4956 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4957 {
4958         unsigned int order = get_order(size);
4959         unsigned long addr;
4960
4961         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4962                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4963
4964         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4965         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4966 }
4967 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4968
4969 /**
4970  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4971  *                         pages on a node.
4972  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4973  * @size: the number of bytes to allocate
4974  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4975  *
4976  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4977  * back.
4978  *
4979  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4980  */
4981 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4982 {
4983         unsigned int order = get_order(size);
4984         struct page *p;
4985
4986         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4987                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4988
4989         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4990         if (!p)
4991                 return NULL;
4992         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4993 }
4994
4995 /**
4996  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4997  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4998  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4999  *
5000  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5001  */
5002 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5003 {
5004         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5005         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5006
5007         while (addr < end) {
5008                 free_page(addr);
5009                 addr += PAGE_SIZE;
5010         }
5011 }
5012 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5013
5014 /**
5015  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5016  * @offset: The zone index of the highest zone
5017  *
5018  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5019  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5020  * zone, the number of pages is calculated as:
5021  *
5022  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5023  *
5024  * Return: number of pages beyond high watermark.
5025  */
5026 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5027 {
5028         struct zoneref *z;
5029         struct zone *zone;
5030
5031         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5032         unsigned long sum = 0;
5033
5034         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5035
5036         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5037                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5038                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5039                 if (size > high)
5040                         sum += size - high;
5041         }
5042
5043         return sum;
5044 }
5045
5046 /**
5047  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5048  *
5049  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5050  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5051  *
5052  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5053  * ZONE_NORMAL.
5054  */
5055 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5056 {
5057         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5058 }
5059 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5060
5061 /**
5062  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5063  *
5064  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5065  * high watermark within all zones.
5066  *
5067  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5068  */
5069 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5070 {
5071         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5072 }
5073
5074 static inline void show_node(struct zone *zone)
5075 {
5076         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5077                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5078 }
5079
5080 long si_mem_available(void)
5081 {
5082         long available;
5083         unsigned long pagecache;
5084         unsigned long wmark_low = 0;
5085         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5086         unsigned long reclaimable;
5087         struct zone *zone;
5088         int lru;
5089
5090         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5091                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5092
5093         for_each_zone(zone)
5094                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5095
5096         /*
5097          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5098          * without causing swapping.
5099          */
5100         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5101
5102         /*
5103          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5104          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5105          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5106          */
5107         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5108         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5109         available += pagecache;
5110
5111         /*
5112          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5113          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5114          * low watermark.
5115          */
5116         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5117                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5118         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5119
5120         if (available < 0)
5121                 available = 0;
5122         return available;
5123 }
5124 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5125
5126 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5127 {
5128         val->totalram = totalram_pages();
5129         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5130         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5131         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5132         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5133         val->freehigh = nr_free_highpages();
5134         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5135 }
5136
5137 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5138
5139 #ifdef CONFIG_NUMA
5140 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5141 {
5142         int zone_type;          /* needs to be signed */
5143         unsigned long managed_pages = 0;
5144         unsigned long managed_highpages = 0;
5145         unsigned long free_highpages = 0;
5146         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5147
5148         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5149                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5150         val->totalram = managed_pages;
5151         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5152         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5153 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5154         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5155                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5156
5157                 if (is_highmem(zone)) {
5158                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5159                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5160                 }
5161         }
5162         val->totalhigh = managed_highpages;
5163         val->freehigh = free_highpages;
5164 #else
5165         val->totalhigh = managed_highpages;
5166         val->freehigh = free_highpages;
5167 #endif
5168         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5169 }
5170 #endif
5171
5172 /*
5173  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5174  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5175  */
5176 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5177 {
5178         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5179                 return false;
5180
5181         /*
5182          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5183          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5184          * have to be precise here.
5185          */
5186         if (!nodemask)
5187                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5188
5189         return !node_isset(nid, *nodemask);
5190 }
5191
5192 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5193
5194 static void show_migration_types(unsigned char type)
5195 {
5196         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5197                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5198                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5199                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5200                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5201 #ifdef CONFIG_CMA
5202                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5203 #endif
5204 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5205                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5206 #endif
5207         };
5208         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5209         char *p = tmp;
5210         int i;
5211
5212         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5213                 if (type & (1 << i))
5214                         *p++ = types[i];
5215         }
5216
5217         *p = '\0';
5218         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5219 }
5220
5221 /*
5222  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5223  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5224  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5225  *
5226  * Bits in @filter:
5227  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5228  *   cpuset.
5229  */
5230 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5231 {
5232         unsigned long free_pcp = 0;
5233         int cpu;
5234         struct zone *zone;
5235         pg_data_t *pgdat;
5236
5237         for_each_populated_zone(zone) {
5238                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5239                         continue;
5240
5241                 for_each_online_cpu(cpu)
5242                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5243         }
5244
5245         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5246                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5247                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5248                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5249                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5250                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5251                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5252                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5253                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5254                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5255                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5256                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5257                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5258                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5259                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5260                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5261                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5262                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5263                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5264                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5265                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5266                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5267                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5268                 free_pcp,
5269                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5270
5271         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5272                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5273                         continue;
5274
5275                 printk("Node %d"
5276                         " active_anon:%lukB"
5277                         " inactive_anon:%lukB"
5278                         " active_file:%lukB"
5279                         " inactive_file:%lukB"
5280                         " unevictable:%lukB"
5281                         " isolated(anon):%lukB"
5282                         " isolated(file):%lukB"
5283                         " mapped:%lukB"
5284                         " dirty:%lukB"
5285                         " writeback:%lukB"
5286                         " shmem:%lukB"
5287 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5288                         " shmem_thp: %lukB"
5289                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5290                         " anon_thp: %lukB"
5291 #endif
5292                         " writeback_tmp:%lukB"
5293                         " unstable:%lukB"
5294                         " all_unreclaimable? %s"
5295                         "\n",
5296                         pgdat->node_id,
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5298                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5300                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5301                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5302                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5303                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5304                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5305                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5306                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5307                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5308 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5309                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5310                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5311                                         * HPAGE_PMD_NR),
5312                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5313 #endif
5314                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5315                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5316                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5317                                 "yes" : "no");
5318         }
5319
5320         for_each_populated_zone(zone) {
5321                 int i;
5322
5323                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5324                         continue;
5325
5326                 free_pcp = 0;
5327                 for_each_online_cpu(cpu)
5328                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5329
5330                 show_node(zone);
5331                 printk(KERN_CONT
5332                         "%s"
5333                         " free:%lukB"
5334                         " min:%lukB"
5335                         " low:%lukB"
5336                         " high:%lukB"
5337                         " reserved_highatomic:%luKB"
5338                         " active_anon:%lukB"
5339                         " inactive_anon:%lukB"
5340                         " active_file:%lukB"
5341                         " inactive_file:%lukB"
5342                         " unevictable:%lukB"
5343                         " writepending:%lukB"
5344                         " present:%lukB"
5345                         " managed:%lukB"
5346                         " mlocked:%lukB"
5347                         " kernel_stack:%lukB"
5348                         " pagetables:%lukB"
5349                         " bounce:%lukB"
5350                         " free_pcp:%lukB"
5351                         " local_pcp:%ukB"
5352                         " free_cma:%lukB"
5353                         "\n",
5354                         zone->name,
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5356                         K(min_wmark_pages(zone)),
5357                         K(low_wmark_pages(zone)),
5358                         K(high_wmark_pages(zone)),
5359                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5360                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5361                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5362                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5363                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5364                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5365                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5366                         K(zone->present_pages),
5367                         K(zone_managed_pages(zone)),
5368                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5369                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5370                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5371                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5372                         K(free_pcp),
5373                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5374                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5375                 printk("lowmem_reserve[]:");
5376                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5377                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5378                 printk(KERN_CONT "\n");
5379         }
5380
5381         for_each_populated_zone(zone) {
5382                 unsigned int order;
5383                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5384                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5385
5386                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5387                         continue;
5388                 show_node(zone);
5389                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5390
5391                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5392                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5393                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5394                         int type;
5395
5396                         nr[order] = area->nr_free;
5397                         total += nr[order] << order;
5398
5399                         types[order] = 0;
5400                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5401                                 if (!free_area_empty(area, type))
5402                                         types[order] |= 1 << type;
5403                         }
5404                 }
5405                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5406                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5407                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5408                                nr[order], K(1UL) << order);
5409                         if (nr[order])
5410                                 show_migration_types(types[order]);
5411                 }
5412                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5413         }
5414
5415         hugetlb_show_meminfo();
5416
5417         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5418
5419         show_swap_cache_info();
5420 }
5421
5422 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5423 {
5424         zoneref->zone = zone;
5425         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5426 }
5427
5428 /*
5429  * Builds allocation fallback zone lists.
5430  *
5431  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5432  */
5433 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5434 {
5435         struct zone *zone;
5436         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5437         int nr_zones = 0;
5438
5439         do {
5440                 zone_type--;
5441                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5442                 if (managed_zone(zone)) {
5443                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5444                         check_highest_zone(zone_type);
5445                 }
5446         } while (zone_type);
5447
5448         return nr_zones;
5449 }
5450
5451 #ifdef CONFIG_NUMA
5452
5453 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5454 {
5455         /*
5456          * We used to support different zonlists modes but they turned
5457          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5458          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5459          * not fail it silently
5460          */
5461         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5462                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5463                 return -EINVAL;
5464         }
5465         return 0;
5466 }
5467
5468 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5469 {
5470         if (!s)
5471                 return 0;
5472
5473         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5474 }
5475 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5476
5477 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5478
5479 /*
5480  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5481  */
5482 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5483                 void __user *buffer, size_t *length,
5484                 loff_t *ppos)
5485 {
5486         char *str;
5487         int ret;
5488
5489         if (!write)
5490                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5491         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5492         if (IS_ERR(str))
5493                 return PTR_ERR(str);
5494
5495         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5496         kfree(str);
5497         return ret;
5498 }
5499
5500
5501 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5502 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5503
5504 /**
5505  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5506  * @node: node whose fallback list we're appending
5507  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5508  *
5509  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5510  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5511  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5512  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5513  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5514  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5515  * on them otherwise.
5516  *
5517  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5518  */
5519 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5520 {
5521         int n, val;
5522         int min_val = INT_MAX;
5523         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5524         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5525
5526         /* Use the local node if we haven't already */
5527         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5528                 node_set(node, *used_node_mask);
5529                 return node;
5530         }
5531
5532         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5533
5534                 /* Don't want a node to appear more than once */
5535                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5536                         continue;
5537
5538                 /* Use the distance array to find the distance */
5539                 val = node_distance(node, n);
5540
5541                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5542                 val += (n < node);
5543
5544                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5545                 tmp = cpumask_of_node(n);
5546                 if (!cpumask_empty(tmp))
5547                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5548
5549                 /* Slight preference for less loaded node */
5550                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5551                 val += node_load[n];
5552
5553                 if (val < min_val) {
5554                         min_val = val;
5555                         best_node = n;
5556                 }
5557         }
5558
5559         if (best_node >= 0)
5560                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5561
5562         return best_node;
5563 }
5564
5565
5566 /*
5567  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5568  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5569  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5570  */
5571 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5572                 unsigned nr_nodes)
5573 {
5574         struct zoneref *zonerefs;
5575         int i;
5576
5577         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5578
5579         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5580                 int nr_zones;
5581
5582                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5583
5584                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5585                 zonerefs += nr_zones;
5586         }
5587         zonerefs->zone = NULL;
5588         zonerefs->zone_idx = 0;
5589 }
5590
5591 /*
5592  * Build gfp_thisnode zonelists
5593  */
5594 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5595 {
5596         struct zoneref *zonerefs;
5597         int nr_zones;
5598
5599         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5600         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5601         zonerefs += nr_zones;
5602         zonerefs->zone = NULL;
5603         zonerefs->zone_idx = 0;
5604 }
5605
5606 /*
5607  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5608  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5609  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5610  * may still exist in local DMA zone.
5611  */
5612
5613 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5614 {
5615         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5616         int node, load, nr_nodes = 0;
5617         nodemask_t used_mask;
5618         int local_node, prev_node;
5619
5620         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5621         local_node = pgdat->node_id;
5622         load = nr_online_nodes;
5623         prev_node = local_node;
5624         nodes_clear(used_mask);
5625
5626         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5627         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5628                 /*
5629                  * We don't want to pressure a particular node.
5630                  * So adding penalty to the first node in same
5631                  * distance group to make it round-robin.
5632                  */
5633                 if (node_distance(local_node, node) !=
5634                     node_distance(local_node, prev_node))
5635                         node_load[node] = load;
5636
5637                 node_order[nr_nodes++] = node;
5638                 prev_node = node;
5639                 load--;
5640         }
5641
5642         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5643         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5644 }
5645
5646 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5647 /*
5648  * Return node id of node used for "local" allocations.
5649  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5650  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5651  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5652  */
5653 int local_memory_node(int node)
5654 {
5655         struct zoneref *z;
5656
5657         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5658                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5659                                    NULL);
5660         return zone_to_nid(z->zone);
5661 }
5662 #endif
5663
5664 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5665 static void setup_min_slab_ratio(void);
5666 #else   /* CONFIG_NUMA */
5667
5668 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5669 {
5670         int node, local_node;
5671         struct zoneref *zonerefs;
5672         int nr_zones;
5673
5674         local_node = pgdat->node_id;
5675
5676         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5677         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5678         zonerefs += nr_zones;
5679
5680         /*
5681          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5682          * of all the other nodes.
5683          * We don't want to pressure a particular node, so when
5684          * building the zones for node N, we make sure that the
5685          * zones coming right after the local ones are those from
5686          * node N+1 (modulo N)
5687          */
5688         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5689                 if (!node_online(node))
5690                         continue;
5691                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5692                 zonerefs += nr_zones;
5693         }
5694         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5695                 if (!node_online(node))
5696                         continue;
5697                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5698                 zonerefs += nr_zones;
5699         }
5700
5701         zonerefs->zone = NULL;
5702         zonerefs->zone_idx = 0;
5703 }
5704
5705 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5706
5707 /*
5708  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5709  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5710  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5711  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5712  * with interrupts disabled.
5713  *
5714  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5715  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5716  * hotplugged processors.
5717  *
5718  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5719  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5720  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5721  */
5722 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5723 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5724 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5725
5726 static void __build_all_zonelists(void *data)
5727 {
5728         int nid;
5729         int __maybe_unused cpu;
5730         pg_data_t *self = data;
5731         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5732
5733         spin_lock(&lock);
5734
5735 #ifdef CONFIG_NUMA
5736         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5737 #endif
5738
5739         /*
5740          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5741          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5742          */
5743         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5744                 build_zonelists(self);
5745         } else {
5746                 for_each_online_node(nid) {
5747                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5748
5749                         build_zonelists(pgdat);
5750                 }
5751
5752 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5753                 /*
5754                  * We now know the "local memory node" for each node--
5755                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5756                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5757                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5758                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5759                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5760                  */
5761                 for_each_online_cpu(cpu)
5762                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5763 #endif
5764         }
5765
5766         spin_unlock(&lock);
5767 }
5768
5769 static noinline void __init
5770 build_all_zonelists_init(void)
5771 {
5772         int cpu;
5773
5774         __build_all_zonelists(NULL);
5775
5776         /*
5777          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5778          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5779          * each zone will be allocated later when the per cpu
5780          * allocator is available.
5781          *
5782          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5783          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5784          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5785          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5786          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5787          * (a chicken-egg dilemma).
5788          */
5789         for_each_possible_cpu(cpu)
5790                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5791
5792         mminit_verify_zonelist();
5793         cpuset_init_current_mems_allowed();
5794 }
5795
5796 /*
5797  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5798  *
5799  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5800  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5801  */
5802 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5803 {
5804         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5805                 build_all_zonelists_init();
5806         } else {
5807                 __build_all_zonelists(pgdat);
5808                 /* cpuset refresh routine should be here */
5809         }
5810         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5811         /*
5812          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5813          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5814          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5815          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5816          * disabled and enable it later
5817          */
5818         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5819                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5820         else
5821                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5822
5823         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5824                 nr_online_nodes,
5825                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5826                 vm_total_pages);
5827 #ifdef CONFIG_NUMA
5828         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5829 #endif
5830 }
5831
5832 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5833 static bool __meminit
5834 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5835 {
5836 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5837         static struct memblock_region *r;
5838
5839         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5840                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5841                         for_each_memblock(memory, r) {
5842                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5843                                         break;
5844                         }
5845                 }
5846                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5847                     memblock_is_mirror(r)) {
5848                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5849                         return true;
5850                 }
5851         }
5852 #endif
5853         return false;
5854 }
5855
5856 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5857 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5858 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5859 {
5860         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5861
5862         if (present_section_nr(section_nr))
5863                 return pfn;
5864         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5865 }
5866 #else
5867 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5868 {
5869         return pfn++;
5870 }
5871 #endif
5872
5873 /*
5874  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5875  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5876  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5877  */
5878 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5879                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5880                 struct vmem_altmap *altmap)
5881 {
5882         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5883         struct page *page;
5884
5885         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5886                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5887
5888 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5889         /*
5890          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5891          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5892          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5893          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5894          * the hotplug lock.
5895          */
5896         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5897                 if (!altmap)
5898                         return;
5899
5900                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5901                         start_pfn += altmap->reserve;
5902                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5903         }
5904 #endif
5905
5906         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5907                 /*
5908                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5909                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5910                  */
5911                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5912                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5913                                 pfn = next_pfn(pfn);
5914                                 continue;
5915                         }
5916                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
5917                                 pfn++;
5918                                 continue;
5919                         }
5920                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5921                                 continue;
5922                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5923                                 break;
5924                 }
5925
5926                 page = pfn_to_page(pfn);
5927                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5928                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5929                         __SetPageReserved(page);
5930
5931                 /*
5932                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5933                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5934                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5935                  * the address space during boot when many long-lived
5936                  * kernel allocations are made.
5937                  *
5938                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5939                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5940                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5941                  * pfn out of zone.
5942                  */
5943                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5944                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5945                         cond_resched();
5946                 }
5947                 pfn++;
5948         }
5949 }
5950
5951 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5952 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5953                                    unsigned long start_pfn,
5954                                    unsigned long nr_pages,
5955                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5956 {
5957         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
5958         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5959         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5960         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5961         unsigned long start = jiffies;
5962         int nid = pgdat->node_id;
5963
5964         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5965                 return;
5966
5967         /*
5968          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5969          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5970          * the end of that region and start processing the device pages.
5971          */
5972         if (altmap) {
5973                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5974                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
5975         }
5976
5977         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5978                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5979
5980                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5981
5982                 /*
5983                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5984                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5985                  *
5986                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5987                  * the flag as we are still initializing the pages.
5988                  */
5989                 __SetPageReserved(page);
5990
5991                 /*
5992                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5993                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5994                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5995                  */
5996                 page->pgmap = pgmap;
5997                 page->zone_device_data = NULL;
5998
5999                 /*
6000                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6001                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6002                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6003                  * the address space during boot when many long-lived
6004                  * kernel allocations are made.
6005                  *
6006                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6007                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6008                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6009                  * pfn out of zone.
6010                  *
6011                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6012                  * because this is done early in section_activate()
6013                  */
6014                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6015                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6016                         cond_resched();
6017                 }
6018         }
6019
6020         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6021                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6022 }
6023
6024 #endif
6025 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6026 {
6027         unsigned int order, t;
6028         for_each_migratetype_order(order, t) {
6029                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6030                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6031         }
6032 }
6033
6034 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6035                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6036 {
6037         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6038 }
6039
6040 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6041 {
6042 #ifdef CONFIG_MMU
6043         int batch;
6044
6045         /*
6046          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6047          * size of the zone.
6048          */
6049         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6050         /* But no more than a meg. */
6051         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6052                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6053         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6054         if (batch < 1)
6055                 batch = 1;
6056
6057         /*
6058          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6059          * of 2 value was found to be more likely to have
6060          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6061          *
6062          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6063          * batches of pages, one task can end up with a lot
6064          * of pages of one half of the possible page colors
6065          * and the other with pages of the other colors.
6066          */
6067         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6068
6069         return batch;
6070
6071 #else
6072         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6073          * conditions.
6074          *
6075          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6076          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6077          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6078          *
6079          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6080          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6081          * can be a significant delay between the individual batches being
6082          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6083          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6084          */
6085         return 0;
6086 #endif
6087 }
6088
6089 /*
6090  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6091  * ->batch must never be higher then ->high.
6092  * The following function updates them in a safe manner without read side
6093  * locking.
6094  *
6095  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6096  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6097  *
6098  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6099  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6100  * exist).
6101  */
6102 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6103                 unsigned long batch)
6104 {
6105        /* start with a fail safe value for batch */
6106         pcp->batch = 1;
6107         smp_wmb();
6108
6109        /* Update high, then batch, in order */
6110         pcp->high = high;
6111         smp_wmb();
6112
6113         pcp->batch = batch;
6114 }
6115
6116 /* a companion to pageset_set_high() */
6117 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6118 {
6119         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6120 }
6121
6122 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6123 {
6124         struct per_cpu_pages *pcp;
6125         int migratetype;
6126
6127         memset(p, 0, sizeof(*p));
6128
6129         pcp = &p->pcp;
6130         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6131                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6132 }
6133
6134 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6135 {
6136         pageset_init(p);
6137         pageset_set_batch(p, batch);
6138 }
6139
6140 /*
6141  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6142  * to the value high for the pageset p.
6143  */
6144 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6145                                 unsigned long high)
6146 {
6147         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6148         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6149                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6150
6151         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6152 }
6153
6154 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6155                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6156 {
6157         if (percpu_pagelist_fraction)
6158                 pageset_set_high(pcp,
6159                         (zone_managed_pages(zone) /
6160                                 percpu_pagelist_fraction));
6161         else
6162                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6163 }
6164
6165 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6166 {
6167         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6168
6169         pageset_init(pcp);
6170         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6171 }
6172
6173 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6174 {
6175         int cpu;
6176         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6177         for_each_possible_cpu(cpu)
6178                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6179 }
6180
6181 /*
6182  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6183  * Before this call only boot pagesets were available.
6184  */
6185 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6186 {
6187         struct pglist_data *pgdat;
6188         struct zone *zone;
6189
6190         for_each_populated_zone(zone)
6191                 setup_zone_pageset(zone);
6192
6193         for_each_online_pgdat(pgdat)
6194                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6195                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6196 }
6197
6198 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6199 {
6200         /*
6201          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6202          * relies on the ability of the linker to provide the
6203          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6204          */
6205         zone->pageset = &boot_pageset;
6206
6207         if (populated_zone(zone))
6208                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6209                         zone->name, zone->present_pages,
6210                                          zone_batchsize(zone));
6211 }
6212
6213 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6214                                         unsigned long zone_start_pfn,
6215                                         unsigned long size)
6216 {
6217         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6218         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6219
6220         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6221                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6222
6223         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6224
6225         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6226                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6227                         pgdat->node_id,
6228                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6229                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6230
6231         zone_init_free_lists(zone);
6232         zone->initialized = 1;
6233 }
6234
6235 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6236 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6237
6238 /*
6239  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6240  */
6241 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6242                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6243 {
6244         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6245         int nid;
6246
6247         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6248                 return state->last_nid;
6249
6250         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6251         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6252                 state->last_start = start_pfn;
6253                 state->last_end = end_pfn;
6254                 state->last_nid = nid;
6255         }
6256
6257         return nid;
6258 }
6259 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6260
6261 /**
6262  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6263  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6264  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6265  *
6266  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6267  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6268  * memblock_free_early_nid() manually.
6269  */
6270 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6271 {
6272         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6273         int i, this_nid;
6274
6275         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6276                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6277                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6278
6279                 if (start_pfn < end_pfn)
6280                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6281                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6282                                         this_nid);
6283         }
6284 }
6285
6286 /**
6287  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6288  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6289  *
6290  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6291  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6292  */
6293 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6294 {
6295         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6296         int i, this_nid;
6297
6298         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6299                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6300 }
6301
6302 /**
6303  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6304  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6305  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6306  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6307  *
6308  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6309  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6310  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6311  * PFNs will be 0.
6312  */
6313 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6314                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6315 {
6316         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6317         int i;
6318
6319         *start_pfn = -1UL;
6320         *end_pfn = 0;
6321
6322         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6323                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6324                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6325         }
6326
6327         if (*start_pfn == -1UL)
6328                 *start_pfn = 0;
6329 }
6330
6331 /*
6332  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6333  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6334  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6335  */
6336 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6337 {
6338         int zone_index;
6339         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6340                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6341                         continue;
6342
6343                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6344                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6345                         break;
6346         }
6347
6348         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6349         movable_zone = zone_index;
6350 }
6351
6352 /*
6353  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6354  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6355  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6356  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6357  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6358  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6359  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6360  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6361  */
6362 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6363                                         unsigned long zone_type,
6364                                         unsigned long node_start_pfn,
6365                                         unsigned long node_end_pfn,
6366                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6367                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6368 {
6369         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6370         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6371                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6372                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6373                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6374                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6375                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6376
6377                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6378                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6379                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6380                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6381                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6382
6383                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6384                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6385                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6386         }
6387 }
6388
6389 /*
6390  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6391  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6392  */
6393 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6394                                         unsigned long zone_type,
6395                                         unsigned long node_start_pfn,
6396                                         unsigned long node_end_pfn,
6397                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6398                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6399                                         unsigned long *ignored)
6400 {
6401         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6402         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6403         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6404         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6405                 return 0;
6406
6407         /* Get the start and end of the zone */
6408         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6409         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6410         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6411                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6412                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6413
6414         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6415         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6416                 return 0;
6417
6418         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6419         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6420         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6421
6422         /* Return the spanned pages */
6423         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6424 }
6425
6426 /*
6427  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6428  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6429  */
6430 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6431                                 unsigned long range_start_pfn,
6432                                 unsigned long range_end_pfn)
6433 {
6434         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6435         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6436         int i;
6437
6438         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6439                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6440                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6441                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6442         }
6443         return nr_absent;
6444 }
6445
6446 /**
6447  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6448  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6449  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6450  *
6451  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6452  */
6453 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6454                                                         unsigned long end_pfn)
6455 {
6456         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6457 }
6458
6459 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6460 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6461                                         unsigned long zone_type,
6462                                         unsigned long node_start_pfn,
6463                                         unsigned long node_end_pfn,
6464                                         unsigned long *ignored)
6465 {
6466         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6467         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6468         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6469         unsigned long nr_absent;
6470
6471         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6472         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6473                 return 0;
6474
6475         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6476         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6477
6478         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6479                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6480                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6481         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6482
6483         /*
6484          * ZONE_MOVABLE handling.
6485          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6486          * and vice versa.
6487          */
6488         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6489                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6490                 struct memblock_region *r;
6491
6492                 for_each_memblock(memory, r) {
6493                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6494                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6495                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6496                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6497
6498                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6499                             memblock_is_mirror(r))
6500                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6501
6502                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6503                             !memblock_is_mirror(r))
6504                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6505                 }
6506         }
6507
6508         return nr_absent;
6509 }
6510
6511 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6512 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6513                                         unsigned long zone_type,
6514                                         unsigned long node_start_pfn,
6515                                         unsigned long node_end_pfn,
6516                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6517                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6518                                         unsigned long *zones_size)
6519 {
6520         unsigned int zone;
6521
6522         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6523         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6524                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6525
6526         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6527
6528         return zones_size[zone_type];
6529 }
6530
6531 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6532                                                 unsigned long zone_type,
6533                                                 unsigned long node_start_pfn,
6534                                                 unsigned long node_end_pfn,
6535                                                 unsigned long *zholes_size)
6536 {
6537         if (!zholes_size)
6538                 return 0;
6539
6540         return zholes_size[zone_type];
6541 }
6542
6543 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6544
6545 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6546                                                 unsigned long node_start_pfn,
6547                                                 unsigned long node_end_pfn,
6548                                                 unsigned long *zones_size,
6549                                                 unsigned long *zholes_size)
6550 {
6551         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6552         enum zone_type i;
6553
6554         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6555                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6556                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6557                 unsigned long size, real_size;
6558
6559                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6560                                                   node_start_pfn,
6561                                                   node_end_pfn,
6562                                                   &zone_start_pfn,
6563                                                   &zone_end_pfn,
6564                                                   zones_size);
6565                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6566                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6567                                                   zholes_size);
6568                 if (size)
6569                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6570                 else
6571                         zone->zone_start_pfn = 0;
6572                 zone->spanned_pages = size;
6573                 zone->present_pages = real_size;
6574
6575                 totalpages += size;
6576                 realtotalpages += real_size;
6577         }
6578
6579         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6580         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6581         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6582                                                         realtotalpages);
6583 }
6584
6585 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6586 /*
6587  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6588  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6589  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6590  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6591  * bytes.
6592  */
6593 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6594 {
6595         unsigned long usemapsize;
6596
6597         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6598         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6599         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6600         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6601         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6602
6603         return usemapsize / 8;
6604 }
6605
6606 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6607                                 struct zone *zone,
6608                                 unsigned long zone_start_pfn,
6609                                 unsigned long zonesize)
6610 {
6611         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6612         zone->pageblock_flags = NULL;
6613         if (usemapsize) {
6614                 zone->pageblock_flags =
6615                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6616                                             pgdat->node_id);
6617                 if (!zone->pageblock_flags)
6618                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6619                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6620         }
6621 }
6622 #else
6623 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6624                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6625 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6626
6627 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6628
6629 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6630 void __init set_pageblock_order(void)
6631 {
6632         unsigned int order;
6633
6634         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6635         if (pageblock_order)
6636                 return;
6637
6638         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6639                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6640         else
6641                 order = MAX_ORDER - 1;
6642
6643         /*
6644          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6645          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6646          * powerpc.
6647          */
6648         pageblock_order = order;
6649 }
6650 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6651
6652 /*
6653  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6654  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6655  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6656  * the kernel config
6657  */
6658 void __init set_pageblock_order(void)
6659 {
6660 }
6661
6662 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6663
6664 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6665                                                 unsigned long present_pages)
6666 {
6667         unsigned long pages = spanned_pages;
6668
6669         /*
6670          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6671          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6672          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6673          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6674          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6675          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6676          */
6677         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6678             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6679                 pages = present_pages;
6680
6681         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6682 }
6683
6684 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6685 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6686 {
6687         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6688
6689         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6690         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6691         ds_queue->split_queue_len = 0;
6692 }
6693 #else
6694 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6695 #endif
6696
6697 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6698 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6699 {
6700         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6701 }
6702 #else
6703 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6704 #endif
6705
6706 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6707 {
6708         pgdat_resize_init(pgdat);
6709
6710         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6711         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6712
6713         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6714         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6715
6716         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6717         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6718         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6719 }
6720
6721 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6722                                                         unsigned long remaining_pages)
6723 {
6724         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6725         zone_set_nid(zone, nid);
6726         zone->name = zone_names[idx];
6727         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6728         spin_lock_init(&zone->lock);
6729         zone_seqlock_init(zone);
6730         zone_pcp_init(zone);
6731 }
6732
6733 /*
6734  * Set up the zone data structures
6735  * - init pgdat internals
6736  * - init all zones belonging to this node
6737  *
6738  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6739  */
6740 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6741 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6742 {
6743         enum zone_type z;
6744         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6745
6746         pgdat_init_internals(pgdat);
6747         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6748                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6749 }
6750 #endif
6751
6752 /*
6753  * Set up the zone data structures:
6754  *   - mark all pages reserved
6755  *   - mark all memory queues empty
6756  *   - clear the memory bitmaps
6757  *
6758  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6759  * NOTE: this function is only called during early init.
6760  */
6761 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6762 {
6763         enum zone_type j;
6764         int nid = pgdat->node_id;
6765
6766         pgdat_init_internals(pgdat);
6767         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6768
6769         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6770                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6771                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6772                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6773
6774                 size = zone->spanned_pages;
6775                 freesize = zone->present_pages;
6776
6777                 /*
6778                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6779                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6780                  * and per-cpu initialisations
6781                  */
6782                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6783                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6784                         if (freesize >= memmap_pages) {
6785                                 freesize -= memmap_pages;
6786                                 if (memmap_pages)
6787                                         printk(KERN_DEBUG
6788                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6789                                                zone_names[j], memmap_pages);
6790                         } else
6791                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6792                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6793                 }
6794
6795                 /* Account for reserved pages */
6796                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6797                         freesize -= dma_reserve;
6798                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6799                                         zone_names[0], dma_reserve);
6800                 }
6801
6802                 if (!is_highmem_idx(j))
6803                         nr_kernel_pages += freesize;
6804                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6805                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6806                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6807                 nr_all_pages += freesize;
6808
6809                 /*
6810                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6811                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6812                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6813                  */
6814                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6815
6816                 if (!size)
6817                         continue;
6818
6819                 set_pageblock_order();
6820                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6821                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6822                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6823         }
6824 }
6825
6826 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6827 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6828 {
6829         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6830         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6831
6832         /* Skip empty nodes */
6833         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6834                 return;
6835
6836         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6837         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6838         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6839         if (!pgdat->node_mem_map) {
6840                 unsigned long size, end;
6841                 struct page *map;
6842
6843                 /*
6844                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6845                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6846                  * for the buddy allocator to function correctly.
6847                  */
6848                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6849                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6850                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6851                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6852                                           pgdat->node_id);
6853                 if (!map)
6854                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6855                               size, pgdat->node_id);
6856                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6857         }
6858         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6859                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6860                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6861 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6862         /*
6863          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6864          */
6865         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6866                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6867 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6868                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6869                         mem_map -= offset;
6870 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6871         }
6872 #endif
6873 }
6874 #else
6875 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6876 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6877
6878 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6879 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6880 {
6881         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6882 }
6883 #else
6884 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6885 #endif
6886
6887 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6888                                    unsigned long node_start_pfn,
6889                                    unsigned long *zholes_size)
6890 {
6891         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6892         unsigned long start_pfn = 0;
6893         unsigned long end_pfn = 0;
6894
6895         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6896         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6897
6898         pgdat->node_id = nid;
6899         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6900         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6901 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6902         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6903         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6904                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6905                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6906 #else
6907         start_pfn = node_start_pfn;
6908 #endif
6909         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6910                                   zones_size, zholes_size);
6911
6912         alloc_node_mem_map(pgdat);
6913         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6914
6915         free_area_init_core(pgdat);
6916 }
6917
6918 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6919 /*
6920  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6921  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6922  */
6923 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6924 {
6925         unsigned long pfn;
6926         u64 pgcnt = 0;
6927
6928         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6929                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6930                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6931                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6932                         continue;
6933                 }
6934                 /*
6935                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6936                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6937                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6938                  */
6939                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6940                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6941                 pgcnt++;
6942         }
6943
6944         return pgcnt;
6945 }
6946
6947 /*
6948  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6949  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6950  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6951  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6952  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6953  *
6954  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6955  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6956  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6957  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6958  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6959  */
6960 static void __init init_unavailable_mem(void)
6961 {
6962         phys_addr_t start, end;
6963         u64 i, pgcnt;
6964         phys_addr_t next = 0;
6965
6966         /*
6967          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6968          */
6969         pgcnt = 0;
6970         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6971                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6972                 if (next < start)
6973                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6974                                                         PFN_UP(start));
6975                 next = end;
6976         }
6977
6978         /*
6979          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6980          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6981          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6982          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6983          * state.
6984          */
6985         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6986                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6987
6988         /*
6989          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6990          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6991          */
6992         if (pgcnt)
6993                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6994 }
6995 #else
6996 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
6997 {
6998 }
6999 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7000
7001 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
7002
7003 #if MAX_NUMNODES > 1
7004 /*
7005  * Figure out the number of possible node ids.
7006  */
7007 void __init setup_nr_node_ids(void)
7008 {
7009         unsigned int highest;
7010
7011         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7012         nr_node_ids = highest + 1;
7013 }
7014 #endif
7015
7016 /**
7017  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7018  *
7019  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7020  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7021  * all the nodes.
7022  *
7023  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7024  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7025  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7026  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7027  *
7028  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7029  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7030  * populated node map.
7031  *
7032  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7033  * requirement (single node).
7034  */
7035 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7036 {
7037         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7038         unsigned long start, end, mask;
7039         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7040         int i, nid;
7041
7042         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7043                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7044                         last_nid = nid;
7045                         last_end = end;
7046                         continue;
7047                 }
7048
7049                 /*
7050                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7051                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7052                  * too coarse to separate the current node from the last.
7053                  */
7054                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7055                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7056                         mask <<= 1;
7057
7058                 /* accumulate all internode masks */
7059                 accl_mask |= mask;
7060         }
7061
7062         /* convert mask to number of pages */
7063         return ~accl_mask + 1;
7064 }
7065
7066 /* Find the lowest pfn for a node */
7067 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7068 {
7069         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7070         unsigned long start_pfn;
7071         int i;
7072
7073         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7074                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7075
7076         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7077                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7078                 return 0;
7079         }
7080
7081         return min_pfn;
7082 }
7083
7084 /**
7085  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7086  *
7087  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7088  * memblock_set_node().
7089  */
7090 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7091 {
7092         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7093 }
7094
7095 /*
7096  * early_calculate_totalpages()
7097  * Sum pages in active regions for movable zone.
7098  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7099  */
7100 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7101 {
7102         unsigned long totalpages = 0;
7103         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7104         int i, nid;
7105
7106         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7107                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7108
7109                 totalpages += pages;
7110                 if (pages)
7111                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7112         }
7113         return totalpages;
7114 }
7115
7116 /*
7117  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7118  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7119  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7120  * others
7121  */
7122 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7123 {
7124         int i, nid;
7125         unsigned long usable_startpfn;
7126         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7127         /* save the state before borrow the nodemask */
7128         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7129         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7130         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7131         struct memblock_region *r;
7132
7133         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7134         find_usable_zone_for_movable();
7135
7136         /*
7137          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7138          * options.
7139          */
7140         if (movable_node_is_enabled()) {
7141                 for_each_memblock(memory, r) {
7142                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7143                                 continue;
7144
7145                         nid = r->nid;
7146
7147                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7148                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7149                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7150                                 usable_startpfn;
7151                 }
7152
7153                 goto out2;
7154         }
7155
7156         /*
7157          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7158          */
7159         if (mirrored_kernelcore) {
7160                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7161
7162                 for_each_memblock(memory, r) {
7163                         if (memblock_is_mirror(r))
7164                                 continue;
7165
7166                         nid = r->nid;
7167
7168                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7169
7170                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7171                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7172                                 continue;
7173                         }
7174
7175                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7176                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7177                                 usable_startpfn;
7178                 }
7179
7180                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7181                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7182
7183                 goto out2;
7184         }
7185
7186         /*
7187          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7188          * amount of necessary memory.
7189          */
7190         if (required_kernelcore_percent)
7191                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7192                                        10000UL;
7193         if (required_movablecore_percent)
7194                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7195                                         10000UL;
7196
7197         /*
7198          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7199          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7200          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7201          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7202          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7203          * what movablecore would have allowed.
7204          */
7205         if (required_movablecore) {
7206                 unsigned long corepages;
7207
7208                 /*
7209                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7210                  * was requested by the user
7211                  */
7212                 required_movablecore =
7213                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7214                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7215                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7216
7217                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7218         }
7219
7220         /*
7221          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7222          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7223          */
7224         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7225                 goto out;
7226
7227         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7228         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7229
7230 restart:
7231         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7232         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7233         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7234                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7235
7236                 /*
7237                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7238                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7239                  * amount of memory for the kernel
7240                  */
7241                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7242                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7243
7244                 /*
7245                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7246                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7247                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7248                  */
7249                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7250
7251                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7252                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7253                         unsigned long size_pages;
7254
7255                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7256                         if (start_pfn >= end_pfn)
7257                                 continue;
7258
7259                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7260                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7261                                 unsigned long kernel_pages;
7262                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7263                                                                 - start_pfn;
7264
7265                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7266                                                         kernelcore_remaining);
7267                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7268                                                         required_kernelcore);
7269
7270                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7271                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7272
7273                                         /*
7274                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7275                                          * that if we have to rebalance
7276                                          * kernelcore across nodes, we will
7277                                          * not double account here
7278                                          */
7279                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7280                                         continue;
7281                                 }
7282                                 start_pfn = usable_startpfn;
7283                         }
7284
7285                         /*
7286                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7287                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7288                          * number of pages used as kernelcore
7289                          */
7290                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7291                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7292                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7293                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7294
7295                         /*
7296                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7297                          * break if the kernelcore for this node has been
7298                          * satisfied
7299                          */
7300                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7301                                                                 size_pages);
7302                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7303                         if (!kernelcore_remaining)
7304                                 break;
7305                 }
7306         }
7307
7308         /*
7309          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7310          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7311          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7312          * satisfied
7313          */
7314         usable_nodes--;
7315         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7316                 goto restart;
7317
7318 out2:
7319         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7320         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7321                 zone_movable_pfn[nid] =
7322                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7323
7324 out:
7325         /* restore the node_state */
7326         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7327 }
7328
7329 /* Any regular or high memory on that node ? */
7330 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7331 {
7332         enum zone_type zone_type;
7333
7334         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7335                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7336                 if (populated_zone(zone)) {
7337                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7338                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7339                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7340                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7341                         break;
7342                 }
7343         }
7344 }
7345
7346 /**
7347  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7348  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7349  *
7350  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7351  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7352  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7353  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7354  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7355  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7356  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7357  * at arch_max_dma_pfn.
7358  */
7359 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7360 {
7361         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7362         int i, nid;
7363
7364         /* Record where the zone boundaries are */
7365         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7366                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7367         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7368                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7369
7370         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7371
7372         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7373                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7374                         continue;
7375
7376                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7377                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7378                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7379
7380                 start_pfn = end_pfn;
7381         }
7382
7383         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7384         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7385         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7386
7387         /* Print out the zone ranges */
7388         pr_info("Zone ranges:\n");
7389         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7390                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7391                         continue;
7392                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7393                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7394                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7395                         pr_cont("empty\n");
7396                 else
7397                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7398                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7399                                         << PAGE_SHIFT,
7400                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7401                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7402         }
7403
7404         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7405         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7406         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7407                 if (zone_movable_pfn[i])
7408                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7409                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7410         }
7411
7412         /*
7413          * Print out the early node map, and initialize the
7414          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7415          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7416          */
7417         pr_info("Early memory node ranges\n");
7418         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7419                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7420                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7421                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7422                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7423         }
7424
7425         /* Initialise every node */
7426         mminit_verify_pageflags_layout();
7427         setup_nr_node_ids();
7428         init_unavailable_mem();
7429         for_each_online_node(nid) {
7430                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7431                 free_area_init_node(nid, NULL,
7432                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7433
7434                 /* Any memory on that node */
7435                 if (pgdat->node_present_pages)
7436                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7437                 check_for_memory(pgdat, nid);
7438         }
7439 }
7440
7441 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7442                                      unsigned long *percent)
7443 {
7444         unsigned long long coremem;
7445         char *endptr;
7446
7447         if (!p)
7448                 return -EINVAL;
7449
7450         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7451         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7452         if (*endptr == '%') {
7453                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7454                 WARN_ON(coremem > 100);
7455
7456                 *percent = coremem;
7457         } else {
7458                 coremem = memparse(p, &p);
7459                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7460                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7461
7462                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7463                 *percent = 0UL;
7464         }
7465         return 0;
7466 }
7467
7468 /*
7469  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7470  * cannot be reclaimed or migrated.
7471  */
7472 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7473 {
7474         /* parse kernelcore=mirror */
7475         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7476                 mirrored_kernelcore = true;
7477                 return 0;
7478         }
7479
7480         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7481                                   &required_kernelcore_percent);
7482 }
7483
7484 /*
7485  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7486  * can be reclaimed or migrated.
7487  */
7488 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7489 {
7490         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7491                                   &required_movablecore_percent);
7492 }
7493
7494 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7495 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7496
7497 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7498
7499 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7500 {
7501         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7502         totalram_pages_add(count);
7503 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7504         if (PageHighMem(page))
7505                 totalhigh_pages_add(count);
7506 #endif
7507 }
7508 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7509
7510 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7511 {
7512         void *pos;
7513         unsigned long pages = 0;
7514
7515         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7516         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7517         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7518                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7519                 void *direct_map_addr;
7520
7521                 /*
7522                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7523                  * because some architectures' virt_to_page()
7524                  * work with aliases.  Getting the direct map
7525                  * address ensures that we get a _writeable_
7526                  * alias for the memset().
7527                  */
7528                 direct_map_addr = page_address(page);
7529                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7530                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7531
7532                 free_reserved_page(page);
7533         }
7534
7535         if (pages && s)
7536                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7537                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7538
7539         return pages;
7540 }
7541
7542 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7543 void free_highmem_page(struct page *page)
7544 {
7545         __free_reserved_page(page);
7546         totalram_pages_inc();
7547         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7548         totalhigh_pages_inc();
7549 }
7550 #endif
7551
7552
7553 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7554 {
7555         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7556         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7557
7558         physpages = get_num_physpages();
7559         codesize = _etext - _stext;
7560         datasize = _edata - _sdata;
7561         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7562         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7563         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7564         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7565
7566         /*
7567          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7568          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7569          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7570          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7571          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7572          */
7573 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7574         do { \
7575                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7576                         size -= adj; \
7577         } while (0)
7578
7579         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7580                      _sinittext, init_code_size);
7581         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7582         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7583         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7584         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7585
7586 #undef  adj_init_size
7587
7588         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7589 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7590                 ", %luK highmem"
7591 #endif
7592                 "%s%s)\n",
7593                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7594                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7595                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7596                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7597                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7598                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7599 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7600                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7601 #endif
7602                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7603 }
7604
7605 /**
7606  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7607  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7608  *
7609  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7610  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7611  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7612  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7613  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7614  * smaller per-cpu batchsize.
7615  */
7616 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7617 {
7618         dma_reserve = new_dma_reserve;
7619 }
7620
7621 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7622 {
7623         init_unavailable_mem();
7624         free_area_init_node(0, zones_size,
7625                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7626 }
7627
7628 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7629 {
7630
7631         lru_add_drain_cpu(cpu);
7632         drain_pages(cpu);
7633
7634         /*
7635          * Spill the event counters of the dead processor
7636          * into the current processors event counters.
7637          * This artificially elevates the count of the current
7638          * processor.
7639          */
7640         vm_events_fold_cpu(cpu);
7641
7642         /*
7643          * Zero the differential counters of the dead processor
7644          * so that the vm statistics are consistent.
7645          *
7646          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7647          * race with what we are doing.
7648          */
7649         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7650         return 0;
7651 }
7652
7653 #ifdef CONFIG_NUMA
7654 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7655
7656 static int __init set_hashdist(char *str)
7657 {
7658         if (!str)
7659                 return 0;
7660         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7661         return 1;
7662 }
7663 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7664 #endif
7665
7666 void __init page_alloc_init(void)
7667 {
7668         int ret;
7669
7670 #ifdef CONFIG_NUMA
7671         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7672                 hashdist = 0;
7673 #endif
7674
7675         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7676                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7677                                         page_alloc_cpu_dead);
7678         WARN_ON(ret < 0);
7679 }
7680
7681 /*
7682  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7683  *      or min_free_kbytes changes.
7684  */
7685 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7686 {
7687         struct pglist_data *pgdat;
7688         unsigned long reserve_pages = 0;
7689         enum zone_type i, j;
7690
7691         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7692
7693                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7694
7695                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7696                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7697                         long max = 0;
7698                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7699
7700                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7701                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7702                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7703                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7704                         }
7705
7706                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7707                         max += high_wmark_pages(zone);
7708
7709                         if (max > managed_pages)
7710                                 max = managed_pages;
7711
7712                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7713
7714                         reserve_pages += max;
7715                 }
7716         }
7717         totalreserve_pages = reserve_pages;
7718 }
7719
7720 /*
7721  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7722  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7723  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7724  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7725  */
7726 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7727 {
7728         struct pglist_data *pgdat;
7729         enum zone_type j, idx;
7730
7731         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7732                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7733                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7734                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7735
7736                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7737
7738                         idx = j;
7739                         while (idx) {
7740                                 struct zone *lower_zone;
7741
7742                                 idx--;
7743                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7744
7745                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7746                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7747                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7748                                 } else {
7749                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7750                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7751                                 }
7752                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7753                         }
7754                 }
7755         }
7756
7757         /* update totalreserve_pages */
7758         calculate_totalreserve_pages();
7759 }
7760
7761 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7762 {
7763         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7764         unsigned long lowmem_pages = 0;
7765         struct zone *zone;
7766         unsigned long flags;
7767
7768         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7769         for_each_zone(zone) {
7770                 if (!is_highmem(zone))
7771                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7772         }
7773
7774         for_each_zone(zone) {
7775                 u64 tmp;
7776
7777                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7778                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7779                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7780                 if (is_highmem(zone)) {
7781                         /*
7782                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7783                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7784                          * value here.
7785                          *
7786                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7787                          * deltas control async page reclaim, and so should
7788                          * not be capped for highmem.
7789                          */
7790                         unsigned long min_pages;
7791
7792                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7793                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7794                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7795                 } else {
7796                         /*
7797                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7798                          * proportionate to the zone's size.
7799                          */
7800                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7801                 }
7802
7803                 /*
7804                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7805                  * scale factor in proportion to available memory, but
7806                  * ensure a minimum size on small systems.
7807                  */
7808                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7809                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7810                                       watermark_scale_factor, 10000));
7811
7812                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7813                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7814                 zone->watermark_boost = 0;
7815
7816                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7817         }
7818
7819         /* update totalreserve_pages */
7820         calculate_totalreserve_pages();
7821 }
7822
7823 /**
7824  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7825  * or when memory is hot-{added|removed}
7826  *
7827  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7828  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7829  */
7830 void setup_per_zone_wmarks(void)
7831 {
7832         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7833
7834         spin_lock(&lock);
7835         __setup_per_zone_wmarks();
7836         spin_unlock(&lock);
7837 }
7838
7839 /*
7840  * Initialise min_free_kbytes.
7841  *
7842  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7843  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7844  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7845  *
7846  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7847  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7848  *
7849  * which yields
7850  *
7851  * 16MB:        512k
7852  * 32MB:        724k
7853  * 64MB:        1024k
7854  * 128MB:       1448k
7855  * 256MB:       2048k
7856  * 512MB:       2896k
7857  * 1024MB:      4096k
7858  * 2048MB:      5792k
7859  * 4096MB:      8192k
7860  * 8192MB:      11584k
7861  * 16384MB:     16384k
7862  */
7863 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7864 {
7865         unsigned long lowmem_kbytes;
7866         int new_min_free_kbytes;
7867
7868         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7869         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7870
7871         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7872                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7873                 if (min_free_kbytes < 128)
7874                         min_free_kbytes = 128;
7875                 if (min_free_kbytes > 262144)
7876                         min_free_kbytes = 262144;
7877         } else {
7878                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7879                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7880         }
7881         setup_per_zone_wmarks();
7882         refresh_zone_stat_thresholds();
7883         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7884
7885 #ifdef CONFIG_NUMA
7886         setup_min_unmapped_ratio();
7887         setup_min_slab_ratio();
7888 #endif
7889
7890         return 0;
7891 }
7892 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7893
7894 /*
7895  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7896  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7897  *      changes.
7898  */
7899 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7900         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7901 {
7902         int rc;
7903
7904         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7905         if (rc)
7906                 return rc;
7907
7908         if (write) {
7909                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7910                 setup_per_zone_wmarks();
7911         }
7912         return 0;
7913 }
7914
7915 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7916         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7917 {
7918         int rc;
7919
7920         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7921         if (rc)
7922                 return rc;
7923
7924         return 0;
7925 }
7926
7927 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7928         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7929 {
7930         int rc;
7931
7932         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7933         if (rc)
7934                 return rc;
7935
7936         if (write)
7937                 setup_per_zone_wmarks();
7938
7939         return 0;
7940 }
7941
7942 #ifdef CONFIG_NUMA
7943 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7944 {
7945         pg_data_t *pgdat;
7946         struct zone *zone;
7947
7948         for_each_online_pgdat(pgdat)
7949                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7950
7951         for_each_zone(zone)
7952                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7953                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7954 }
7955
7956
7957 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7958         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7959 {
7960         int rc;
7961
7962         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7963         if (rc)
7964                 return rc;
7965
7966         setup_min_unmapped_ratio();
7967
7968         return 0;
7969 }
7970
7971 static void setup_min_slab_ratio(void)
7972 {
7973         pg_data_t *pgdat;
7974         struct zone *zone;
7975
7976         for_each_online_pgdat(pgdat)
7977                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7978
7979         for_each_zone(zone)
7980                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7981                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7982 }
7983
7984 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7985         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7986 {
7987         int rc;
7988
7989         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7990         if (rc)
7991                 return rc;
7992
7993         setup_min_slab_ratio();
7994
7995         return 0;
7996 }
7997 #endif
7998
7999 /*
8000  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8001  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8002  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8003  *
8004  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8005  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8006  * if in function of the boot time zone sizes.
8007  */
8008 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8009         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8010 {
8011         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8012         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8013         return 0;
8014 }
8015
8016 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8017 {
8018         unsigned int cpu;
8019
8020         for_each_possible_cpu(cpu)
8021                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8022                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8023 }
8024
8025 /*
8026  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8027  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8028  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8029  */
8030 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8031         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8032 {
8033         struct zone *zone;
8034         int old_percpu_pagelist_fraction;
8035         int ret;
8036
8037         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8038         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8039
8040         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8041         if (!write || ret < 0)
8042                 goto out;
8043
8044         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8045         if (percpu_pagelist_fraction &&
8046             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8047                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8048                 ret = -EINVAL;
8049                 goto out;
8050         }
8051
8052         /* No change? */
8053         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8054                 goto out;
8055
8056         for_each_populated_zone(zone)
8057                 __zone_pcp_update(zone);
8058 out:
8059         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8060         return ret;
8061 }
8062
8063 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8064 /*
8065  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8066  * is not known to alloc_large_system_hash().
8067  */
8068 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8069 {
8070         return 0;
8071 }
8072 #endif
8073
8074 /*
8075  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8076  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8077  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8078  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8079  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8080  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8081  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8082  */
8083 #if __BITS_PER_LONG > 32
8084 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8085 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8086 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8087 #endif
8088
8089 /*
8090  * allocate a large system hash table from bootmem
8091  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8092  *   quantity of entries
8093  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8094  */
8095 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8096                                      unsigned long bucketsize,
8097                                      unsigned long numentries,
8098                                      int scale,
8099                                      int flags,
8100                                      unsigned int *_hash_shift,
8101                                      unsigned int *_hash_mask,
8102                                      unsigned long low_limit,
8103                                      unsigned long high_limit)
8104 {
8105         unsigned long long max = high_limit;
8106         unsigned long log2qty, size;
8107         void *table = NULL;
8108         gfp_t gfp_flags;
8109         bool virt;
8110
8111         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8112         if (!numentries) {
8113                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8114                 numentries = nr_kernel_pages;
8115                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8116
8117                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8118                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8119                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8120
8121 #if __BITS_PER_LONG > 32
8122                 if (!high_limit) {
8123                         unsigned long adapt;
8124
8125                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8126                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8127                                 scale++;
8128                 }
8129 #endif
8130
8131                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8132                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8133                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8134                 else
8135                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8136
8137                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8138                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8139                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8140                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8141                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8142                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8143                                 BUG_ON(!numentries);
8144                         }
8145                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8146                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8147         }
8148         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8149
8150         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8151         if (max == 0) {
8152                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8153                 do_div(max, bucketsize);
8154         }
8155         max = min(max, 0x80000000ULL);
8156
8157         if (numentries < low_limit)
8158                 numentries = low_limit;
8159         if (numentries > max)
8160                 numentries = max;
8161
8162         log2qty = ilog2(numentries);
8163
8164         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8165         do {
8166                 virt = false;
8167                 size = bucketsize << log2qty;
8168                 if (flags & HASH_EARLY) {
8169                         if (flags & HASH_ZERO)
8170                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8171                         else
8172                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8173                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8174                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8175                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8176                         virt = true;
8177                 } else {
8178                         /*
8179                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8180                          * some pages at the end of hash table which
8181                          * alloc_pages_exact() automatically does
8182                          */
8183                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8184                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8185                 }
8186         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8187
8188         if (!table)
8189                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8190
8191         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8192                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8193                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8194
8195         if (_hash_shift)
8196                 *_hash_shift = log2qty;
8197         if (_hash_mask)
8198                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8199
8200         return table;
8201 }
8202
8203 /*
8204  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8205  *
8206  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8207  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8208  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8209  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8210  *
8211  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8212  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8213  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8214  *
8215  */
8216 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8217                                  int migratetype, int flags)
8218 {
8219         unsigned long iter = 0;
8220         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8221
8222         /*
8223          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8224          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8225          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8226          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8227          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8228          */
8229
8230         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8231                 /*
8232                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8233                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8234                  * so consider them movable here.
8235                  */
8236                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8237                         return NULL;
8238
8239                 return page;
8240         }
8241
8242         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8243                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8244                         continue;
8245
8246                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8247
8248                 if (PageReserved(page))
8249                         return page;
8250
8251                 /*
8252                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8253                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8254                  * is movable.
8255                  */
8256                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8257                         continue;
8258
8259                 /*
8260                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8261                  * We need not scan over tail pages because we don't
8262                  * handle each tail page individually in migration.
8263                  */
8264                 if (PageHuge(page)) {
8265                         struct page *head = compound_head(page);
8266                         unsigned int skip_pages;
8267
8268                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8269                                 return page;
8270
8271                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8272                         iter += skip_pages - 1;
8273                         continue;
8274                 }
8275
8276                 /*
8277                  * We can't use page_count without pin a page
8278                  * because another CPU can free compound page.
8279                  * This check already skips compound tails of THP
8280                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8281                  */
8282                 if (!page_ref_count(page)) {
8283                         if (PageBuddy(page))
8284                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8285                         continue;
8286                 }
8287
8288                 /*
8289                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8290                  * page_count() is not 0.
8291                  */
8292                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8293                         continue;
8294
8295                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8296                         continue;
8297
8298                 /*
8299                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8300                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8301                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8302                  */
8303                 /*
8304                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8305                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8306                  *
8307                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8308                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8309                  * page at boot.
8310                  */
8311                 return page;
8312         }
8313         return NULL;
8314 }
8315
8316 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8317 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8318 {
8319         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8320                              pageblock_nr_pages) - 1);
8321 }
8322
8323 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8324 {
8325         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8326                                 pageblock_nr_pages));
8327 }
8328
8329 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8330 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8331                                         unsigned long start, unsigned long end)
8332 {
8333         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8334         unsigned long nr_reclaimed;
8335         unsigned long pfn = start;
8336         unsigned int tries = 0;
8337         int ret = 0;
8338
8339         migrate_prep();
8340
8341         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8342                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8343                         ret = -EINTR;
8344                         break;
8345                 }
8346
8347                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8348                         cc->nr_migratepages = 0;
8349                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8350                         if (!pfn) {
8351                                 ret = -EINTR;
8352                                 break;
8353                         }
8354                         tries = 0;
8355                 } else if (++tries == 5) {
8356                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8357                         break;
8358                 }
8359
8360                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8361                                                         &cc->migratepages);
8362                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8363
8364                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8365                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8366         }
8367         if (ret < 0) {
8368                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8369                 return ret;
8370         }
8371         return 0;
8372 }
8373
8374 /**
8375  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8376  * @start:      start PFN to allocate
8377  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8378  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8379  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8380  *                      in range must have the same migratetype and it must
8381  *                      be either of the two.
8382  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8383  *
8384  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8385  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8386  *
8387  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8388  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8389  * be modified by others.
8390  *
8391  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8392  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8393  * need to be freed with free_contig_range().
8394  */
8395 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8396                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8397 {
8398         unsigned long outer_start, outer_end;
8399         unsigned int order;
8400         int ret = 0;
8401
8402         struct compact_control cc = {
8403                 .nr_migratepages = 0,
8404                 .order = -1,
8405                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8406                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8407                 .ignore_skip_hint = true,
8408                 .no_set_skip_hint = true,
8409                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8410         };
8411         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8412
8413         /*
8414          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8415          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8416          * have different sizes, and due to the way page allocator
8417          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8418          * that page allocator won't try to merge buddies from
8419          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8420          * other migration type.
8421          *
8422          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8423          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8424          * we are interested in).  This will put all the pages in
8425          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8426          *
8427          * When this is done, we take the pages in range from page
8428          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8429          * page allocator will never consider using them.
8430          *
8431          * This lets us mark the pageblocks back as
8432          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8433          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8434          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8435          */
8436
8437         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8438                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8439         if (ret < 0)
8440                 return ret;
8441
8442         /*
8443          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8444          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8445          * which will report the busy page.
8446          *
8447          * It is possible that busy pages could become available before
8448          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8449          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8450          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8451          */
8452         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8453         if (ret && ret != -EBUSY)
8454                 goto done;
8455         ret =0;
8456
8457         /*
8458          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8459          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8460          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8461          * What we are going to do is to allocate all pages from
8462          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8463          *
8464          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8465          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8466          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8467          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8468          * once this is done free the pages we are not interested in.
8469          *
8470          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8471          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8472          */
8473
8474         lru_add_drain_all();
8475
8476         order = 0;
8477         outer_start = start;
8478         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8479                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8480                         outer_start = start;
8481                         break;
8482                 }
8483                 outer_start &= ~0UL << order;
8484         }
8485
8486         if (outer_start != start) {
8487                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8488
8489                 /*
8490                  * outer_start page could be small order buddy page and
8491                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8492                  * in this case to report failed page properly
8493                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8494                  */
8495                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8496                         outer_start = start;
8497         }
8498
8499         /* Make sure the range is really isolated. */
8500         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8501                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8502                         __func__, outer_start, end);
8503                 ret = -EBUSY;
8504                 goto done;
8505         }
8506
8507         /* Grab isolated pages from freelists. */
8508         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8509         if (!outer_end) {
8510                 ret = -EBUSY;
8511                 goto done;
8512         }
8513
8514         /* Free head and tail (if any) */
8515         if (start != outer_start)
8516                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8517         if (end != outer_end)
8518                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8519
8520 done:
8521         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8522                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8523         return ret;
8524 }
8525
8526 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8527                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8528 {
8529         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8530
8531         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8532                                   gfp_mask);
8533 }
8534
8535 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8536                                    unsigned long nr_pages)
8537 {
8538         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8539         struct page *page;
8540
8541         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8542                 page = pfn_to_online_page(i);
8543                 if (!page)
8544                         return false;
8545
8546                 if (page_zone(page) != z)
8547                         return false;
8548
8549                 if (PageReserved(page))
8550                         return false;
8551
8552                 if (page_count(page) > 0)
8553                         return false;
8554
8555                 if (PageHuge(page))
8556                         return false;
8557         }
8558         return true;
8559 }
8560
8561 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8562                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8563 {
8564         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8565
8566         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8567 }
8568
8569 /**
8570  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8571  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8572  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8573  * @nid:        Target node
8574  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8575  *
8576  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8577  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8578  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8579  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8580  *
8581  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8582  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8583  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8584  *
8585  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8586  * __free_page() on each allocated page.
8587  *
8588  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8589  */
8590 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8591                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8592 {
8593         unsigned long ret, pfn, flags;
8594         struct zonelist *zonelist;
8595         struct zone *zone;
8596         struct zoneref *z;
8597
8598         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8599         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8600                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8601                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8602
8603                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8604                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8605                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8606                                 /*
8607                                  * We release the zone lock here because
8608                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8609                                  * at some point. If there's an allocation
8610                                  * spinning on this lock, it may win the race
8611                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8612                                  */
8613                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8614                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8615                                                         gfp_mask);
8616                                 if (!ret)
8617                                         return pfn_to_page(pfn);
8618                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8619                         }
8620                         pfn += nr_pages;
8621                 }
8622                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8623         }
8624         return NULL;
8625 }
8626 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8627
8628 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8629 {
8630         unsigned int count = 0;
8631
8632         for (; nr_pages--; pfn++) {
8633                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8634
8635                 count += page_count(page) != 1;
8636                 __free_page(page);
8637         }
8638         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8639 }
8640
8641 /*
8642  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8643  * page high values need to be recalulated.
8644  */
8645 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8646 {
8647         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8648         __zone_pcp_update(zone);
8649         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8650 }
8651
8652 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8653 {
8654         unsigned long flags;
8655         int cpu;
8656         struct per_cpu_pageset *pset;
8657
8658         /* avoid races with drain_pages()  */
8659         local_irq_save(flags);
8660         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8661                 for_each_online_cpu(cpu) {
8662                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8663                         drain_zonestat(zone, pset);
8664                 }
8665                 free_percpu(zone->pageset);
8666                 zone->pageset = &boot_pageset;
8667         }
8668         local_irq_restore(flags);
8669 }
8670
8671 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8672 /*
8673  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8674  * before calling this.
8675  */
8676 unsigned long
8677 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8678 {
8679         struct page *page;
8680         struct zone *zone;
8681         unsigned int order;
8682         unsigned long pfn;
8683         unsigned long flags;
8684         unsigned long offlined_pages = 0;
8685
8686         /* find the first valid pfn */
8687         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8688                 if (pfn_valid(pfn))
8689                         break;
8690         if (pfn == end_pfn)
8691                 return offlined_pages;
8692
8693         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8694         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8695         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8696         pfn = start_pfn;
8697         while (pfn < end_pfn) {
8698                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8699                         pfn++;
8700                         continue;
8701                 }
8702                 page = pfn_to_page(pfn);
8703                 /*
8704                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8705                  * page_count() is not 0.
8706                  */
8707                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8708                         pfn++;
8709                         offlined_pages++;
8710                         continue;
8711                 }
8712
8713                 BUG_ON(page_count(page));
8714                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8715                 order = page_order(page);
8716                 offlined_pages += 1 << order;
8717                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8718                 pfn += (1 << order);
8719         }
8720         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8721
8722         return offlined_pages;
8723 }
8724 #endif
8725
8726 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8727 {
8728         struct zone *zone = page_zone(page);
8729         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8730         unsigned long flags;
8731         unsigned int order;
8732
8733         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8734         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8735                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8736
8737                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8738                         break;
8739         }
8740         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8741
8742         return order < MAX_ORDER;
8743 }
8744
8745 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8746 /*
8747  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8748  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8749  * allocation.
8750  */
8751 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8752 {
8753         struct zone *zone = page_zone(page);
8754         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8755         unsigned long flags;
8756         unsigned int order;
8757         bool hwpoisoned = false;
8758
8759         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8760         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8761                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8762
8763                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8764                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8765                                 hwpoisoned = true;
8766                         break;
8767                 }
8768         }
8769         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8770
8771         return hwpoisoned;
8772 }
8773 #endif