devlink: Wait longer before warning about unset port type
[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 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
698                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
699 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
708 }
709 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
710
711 void init_debug_pagealloc(void)
712 {
713         if (!debug_pagealloc_enabled())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
717
718         if (!debug_guardpage_minorder())
719                 return;
720
721         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
722 }
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
752
753         return true;
754 }
755
756 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
757                                 unsigned int order, int migratetype)
758 {
759         if (!debug_guardpage_enabled())
760                 return;
761
762         __ClearPageGuard(page);
763
764         set_page_private(page, 0);
765         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
766                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
767 }
768 #else
769 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
770                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
771 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                                 unsigned int order, int migratetype) {}
773 #endif
774
775 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
776 {
777         set_page_private(page, order);
778         __SetPageBuddy(page);
779 }
780
781 /*
782  * This function checks whether a page is free && is the buddy
783  * we can coalesce a page and its buddy if
784  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
785  * (b) the buddy is in the buddy system &&
786  * (c) a page and its buddy have the same order &&
787  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
788  *
789  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
790  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
791  *
792  * For recording page's order, we use page_private(page).
793  */
794 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
795                                                         unsigned int order)
796 {
797         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
798                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
799                         return 0;
800
801                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
802
803                 return 1;
804         }
805
806         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
807                 /*
808                  * zone check is done late to avoid uselessly
809                  * calculating zone/node ids for pages that could
810                  * never merge.
811                  */
812                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
813                         return 0;
814
815                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
816
817                 return 1;
818         }
819         return 0;
820 }
821
822 #ifdef CONFIG_COMPACTION
823 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
824 {
825         struct capture_control *capc = current->capture_control;
826
827         return capc &&
828                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
829                 !capc->page &&
830                 capc->cc->zone == zone &&
831                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
832 }
833
834 static inline bool
835 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
836                    int order, int migratetype)
837 {
838         if (!capc || order != capc->cc->order)
839                 return false;
840
841         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
842         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
843             is_migrate_isolate(migratetype))
844                 return false;
845
846         /*
847          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
848          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
849          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
850          * have trouble finding a high-order free page.
851          */
852         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
853                 return false;
854
855         capc->page = page;
856         return true;
857 }
858
859 #else
860 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
861 {
862         return NULL;
863 }
864
865 static inline bool
866 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
867                    int order, int migratetype)
868 {
869         return false;
870 }
871 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
872
873 /*
874  * Freeing function for a buddy system allocator.
875  *
876  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
877  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
878  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
879  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
880  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
881  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
882  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
883  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
884  * parts of the VM system.
885  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
886  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
887  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
888  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
889  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
890  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
891  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
892  * triggers coalescing into a block of larger size.
893  *
894  * -- nyc
895  */
896
897 static inline void __free_one_page(struct page *page,
898                 unsigned long pfn,
899                 struct zone *zone, unsigned int order,
900                 int migratetype)
901 {
902         unsigned long combined_pfn;
903         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
904         struct page *buddy;
905         unsigned int max_order;
906         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
907
908         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
909
910         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
911         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
912
913         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
914         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
915                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
916
917         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
918         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
919
920 continue_merging:
921         while (order < max_order - 1) {
922                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
923                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
924                                                                 migratetype);
925                         return;
926                 }
927                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
928                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
929
930                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
931                         goto done_merging;
932                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
933                         goto done_merging;
934                 /*
935                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
936                  * merge with it and move up one order.
937                  */
938                 if (page_is_guard(buddy))
939                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
940                 else
941                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
942                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
943                 page = page + (combined_pfn - pfn);
944                 pfn = combined_pfn;
945                 order++;
946         }
947         if (max_order < MAX_ORDER) {
948                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
949                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
950                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
951                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
952                  *
953                  * We don't want to hit this code for the more frequent
954                  * low-order merging.
955                  */
956                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
957                         int buddy_mt;
958
959                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
960                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
961                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
962
963                         if (migratetype != buddy_mt
964                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
965                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
966                                 goto done_merging;
967                 }
968                 max_order++;
969                 goto continue_merging;
970         }
971
972 done_merging:
973         set_page_order(page, order);
974
975         /*
976          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
977          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
978          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
979          * that is happening, add the free page to the tail of the list
980          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
981          * as a higher order page
982          */
983         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
984                         && !is_shuffle_order(order)) {
985                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
986                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
987                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
988                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
989                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
990                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
991                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
992                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
993                                               migratetype);
994                         return;
995                 }
996         }
997
998         if (is_shuffle_order(order))
999                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1000                                 migratetype);
1001         else
1002                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1003
1004 }
1005
1006 /*
1007  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1008  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1009  * check if necessary.
1010  */
1011 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1012                                         unsigned long check_flags)
1013 {
1014         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1015                 return false;
1016
1017         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1018                         page_ref_count(page) |
1019 #ifdef CONFIG_MEMCG
1020                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1021 #endif
1022                         (page->flags & check_flags)))
1023                 return false;
1024
1025         return true;
1026 }
1027
1028 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1029 {
1030         const char *bad_reason;
1031         unsigned long bad_flags;
1032
1033         bad_reason = NULL;
1034         bad_flags = 0;
1035
1036         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1037                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1038         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1039                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1040         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1041                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1042         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1043                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1044                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1045         }
1046 #ifdef CONFIG_MEMCG
1047         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1048                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1049 #endif
1050         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1051 }
1052
1053 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1054 {
1055         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1056                 return 0;
1057
1058         /* Something has gone sideways, find it */
1059         free_pages_check_bad(page);
1060         return 1;
1061 }
1062
1063 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1064 {
1065         int ret = 1;
1066
1067         /*
1068          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1069          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1070          */
1071         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1072
1073         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1074                 ret = 0;
1075                 goto out;
1076         }
1077         switch (page - head_page) {
1078         case 1:
1079                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1080                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1081                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1082                         goto out;
1083                 }
1084                 break;
1085         case 2:
1086                 /*
1087                  * the second tail page: ->mapping is
1088                  * deferred_list.next -- ignore value.
1089                  */
1090                 break;
1091         default:
1092                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1093                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1094                         goto out;
1095                 }
1096                 break;
1097         }
1098         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1099                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1100                 goto out;
1101         }
1102         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1103                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1104                 goto out;
1105         }
1106         ret = 0;
1107 out:
1108         page->mapping = NULL;
1109         clear_compound_head(page);
1110         return ret;
1111 }
1112
1113 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1114 {
1115         int i;
1116
1117         for (i = 0; i < numpages; i++)
1118                 clear_highpage(page + i);
1119 }
1120
1121 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1122                                         unsigned int order, bool check_free)
1123 {
1124         int bad = 0;
1125
1126         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1127
1128         trace_mm_page_free(page, order);
1129
1130         /*
1131          * Check tail pages before head page information is cleared to
1132          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1133          */
1134         if (unlikely(order)) {
1135                 bool compound = PageCompound(page);
1136                 int i;
1137
1138                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1139
1140                 if (compound)
1141                         ClearPageDoubleMap(page);
1142                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1143                         if (compound)
1144                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1145                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1146                                 bad++;
1147                                 continue;
1148                         }
1149                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1150                 }
1151         }
1152         if (PageMappingFlags(page))
1153                 page->mapping = NULL;
1154         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1155                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1156         if (check_free)
1157                 bad += free_pages_check(page);
1158         if (bad)
1159                 return false;
1160
1161         page_cpupid_reset_last(page);
1162         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1163         reset_page_owner(page, order);
1164
1165         if (!PageHighMem(page)) {
1166                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1167                                            PAGE_SIZE << order);
1168                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1169                                            PAGE_SIZE << order);
1170         }
1171         if (want_init_on_free())
1172                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1173
1174         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1175         /*
1176          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1177          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1178          * happen after this.
1179          */
1180         arch_free_page(page, order);
1181
1182         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1183                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1184
1185         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1191 /*
1192  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1193  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1194  * moved from pcp lists to free lists.
1195  */
1196 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1197 {
1198         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1199 }
1200
1201 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1202 {
1203         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1204                 return free_pages_check(page);
1205         else
1206                 return false;
1207 }
1208 #else
1209 /*
1210  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1211  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1212  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1213  * to the pcp lists.
1214  */
1215 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1216 {
1217         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1218                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1219         else
1220                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1221 }
1222
1223 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1224 {
1225         return free_pages_check(page);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1228
1229 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1230 {
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1233         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1234
1235         prefetch(buddy);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Frees a number of pages from the PCP lists
1240  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1241  * count is the number of pages to free.
1242  *
1243  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1244  * see if this freeing clears that state.
1245  *
1246  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1247  * pinned" detection logic.
1248  */
1249 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1250                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1251 {
1252         int migratetype = 0;
1253         int batch_free = 0;
1254         int prefetch_nr = 0;
1255         bool isolated_pageblocks;
1256         struct page *page, *tmp;
1257         LIST_HEAD(head);
1258
1259         while (count) {
1260                 struct list_head *list;
1261
1262                 /*
1263                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1264                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1265                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1266                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1267                  * lists
1268                  */
1269                 do {
1270                         batch_free++;
1271                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                                 migratetype = 0;
1273                         list = &pcp->lists[migratetype];
1274                 } while (list_empty(list));
1275
1276                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1277                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                         batch_free = count;
1279
1280                 do {
1281                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1282                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1283                         list_del(&page->lru);
1284                         pcp->count--;
1285
1286                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1287                                 continue;
1288
1289                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1290
1291                         /*
1292                          * We are going to put the page back to the global
1293                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1294                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1295                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1296                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1297                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1298                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1299                          */
1300                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1301                                 prefetch_buddy(page);
1302                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1303         }
1304
1305         spin_lock(&zone->lock);
1306         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1307
1308         /*
1309          * Use safe version since after __free_one_page(),
1310          * page->lru.next will not point to original list.
1311          */
1312         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1313                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1314                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1315                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1316                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1317                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1318                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1319
1320                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1321                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1322         }
1323         spin_unlock(&zone->lock);
1324 }
1325
1326 static void free_one_page(struct zone *zone,
1327                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1328                                 unsigned int order,
1329                                 int migratetype)
1330 {
1331         spin_lock(&zone->lock);
1332         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1333                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1334                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335         }
1336         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1337         spin_unlock(&zone->lock);
1338 }
1339
1340 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1341                                 unsigned long zone, int nid)
1342 {
1343         mm_zero_struct_page(page);
1344         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1345         init_page_count(page);
1346         page_mapcount_reset(page);
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page_kasan_tag_reset(page);
1349
1350         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1352         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1353         if (!is_highmem_idx(zone))
1354                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1355 #endif
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1360 {
1361         pg_data_t *pgdat;
1362         int nid, zid;
1363
1364         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1365                 return;
1366
1367         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1368         pgdat = NODE_DATA(nid);
1369
1370         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1371                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1372
1373                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1374                         break;
1375         }
1376         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1377 }
1378 #else
1379 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1380 {
1381 }
1382 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1383
1384 /*
1385  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1386  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1387  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1388  * sent to the buddy page allocator.
1389  */
1390 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1391 {
1392         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1393         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1394
1395         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1396                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1398
1399                         init_reserved_page(start_pfn);
1400
1401                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1402                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403
1404                         /*
1405                          * no need for atomic set_bit because the struct
1406                          * page is not visible yet so nobody should
1407                          * access it yet.
1408                          */
1409                         __SetPageReserved(page);
1410                 }
1411         }
1412 }
1413
1414 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         int migratetype;
1418         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1419
1420         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1421                 return;
1422
1423         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1424         local_irq_save(flags);
1425         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1426         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1427         local_irq_restore(flags);
1428 }
1429
1430 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1431 {
1432         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1433         struct page *p = page;
1434         unsigned int loop;
1435
1436         prefetchw(p);
1437         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1438                 prefetchw(p + 1);
1439                 __ClearPageReserved(p);
1440                 set_page_count(p, 0);
1441         }
1442         __ClearPageReserved(p);
1443         set_page_count(p, 0);
1444
1445         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1446         set_page_refcounted(page);
1447         __free_pages(page, order);
1448 }
1449
1450 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1451         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1452
1453 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1454
1455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1456 {
1457         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1458         int nid;
1459
1460         spin_lock(&early_pfn_lock);
1461         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1462         if (nid < 0)
1463                 nid = first_online_node;
1464         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1465
1466         return nid;
1467 }
1468 #endif
1469
1470 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1471 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1472 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1473 {
1474         int nid;
1475
1476         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1477         if (nid >= 0 && nid != node)
1478                 return false;
1479         return true;
1480 }
1481
1482 #else
1483 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1484 {
1485         return true;
1486 }
1487 #endif
1488
1489
1490 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1491                                                         unsigned int order)
1492 {
1493         if (early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495         __free_pages_core(page, order);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1500  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1501  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1502  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1503  * pageblocks.
1504  *
1505  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1506  *
1507  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1508  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1509  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1510  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1511  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1512  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1513  * page in a pageblock.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558         }
1559
1560         /* We confirm that there is no hole */
1561         zone->contiguous = true;
1562 }
1563
1564 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1565 {
1566         zone->contiguous = false;
1567 }
1568
1569 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1570 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1571                                        unsigned long nr_pages)
1572 {
1573         struct page *page;
1574         unsigned long i;
1575
1576         if (!nr_pages)
1577                 return;
1578
1579         page = pfn_to_page(pfn);
1580
1581         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1582         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1583             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1585                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1586                 return;
1587         }
1588
1589         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1590                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1591                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, 0);
1593         }
1594 }
1595
1596 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1597 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1598 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1599
1600 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1601 {
1602         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1603                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1608  *
1609  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1610  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1611  * function is optimized out.
1612  *
1613  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1614  * of the head pfn.
1615  */
1616 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1617 {
1618         if (!pfn_valid_within(pfn))
1619                 return false;
1620         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1621                 return false;
1622         return true;
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1627  * pageblock_nr_pages sizes.
1628  */
1629 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1630                                        unsigned long end_pfn)
1631 {
1632         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1633         unsigned long nr_free = 0;
1634
1635         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1636                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1637                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1638                         nr_free = 0;
1639                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1640                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1641                         nr_free = 1;
1642                         touch_nmi_watchdog();
1643                 } else {
1644                         nr_free++;
1645                 }
1646         }
1647         /* Free the last block of pages to allocator */
1648         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1649 }
1650
1651 /*
1652  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1653  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1654  * Return number of pages initialized.
1655  */
1656 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1657                                                  unsigned long pfn,
1658                                                  unsigned long end_pfn)
1659 {
1660         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1661         int nid = zone_to_nid(zone);
1662         unsigned long nr_pages = 0;
1663         int zid = zone_idx(zone);
1664         struct page *page = NULL;
1665
1666         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1667                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1668                         page = NULL;
1669                         continue;
1670                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1671                         page = pfn_to_page(pfn);
1672                         touch_nmi_watchdog();
1673                 } else {
1674                         page++;
1675                 }
1676                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1677                 nr_pages++;
1678         }
1679         return (nr_pages);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1684  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1685  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1686  * return false indicating there are no valid ranges left.
1687  */
1688 static bool __init
1689 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1690                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1691                                     unsigned long first_init_pfn)
1692 {
1693         u64 j;
1694
1695         /*
1696          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1697          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1698          * so we just need to flush them out of the system.
1699          */
1700         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1701                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1702                         continue;
1703                 if (*spfn < first_init_pfn)
1704                         *spfn = first_init_pfn;
1705                 *i = j;
1706                 return true;
1707         }
1708
1709         return false;
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1714  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1715  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1716  * page in __free_one_page()).
1717  *
1718  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1719  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1720  * any issues with the buddy page computation.
1721  */
1722 static unsigned long __init
1723 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1724                        unsigned long *end_pfn)
1725 {
1726         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1727         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1728         unsigned long nr_pages = 0;
1729         u64 j = *i;
1730
1731         /* First we loop through and initialize the page values */
1732         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1733                 unsigned long t;
1734
1735                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1736                         break;
1737
1738                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1739                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1740
1741                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1742                         *start_pfn = mo_pfn;
1743                         break;
1744                 }
1745         }
1746
1747         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1748         swap(j, *i);
1749
1750         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1751                 unsigned long t;
1752
1753                 if (mo_pfn <= spfn)
1754                         break;
1755
1756                 t = min(mo_pfn, epfn);
1757                 deferred_free_pages(spfn, t);
1758
1759                 if (mo_pfn <= epfn)
1760                         break;
1761         }
1762
1763         return nr_pages;
1764 }
1765
1766 /* Initialise remaining memory on a node */
1767 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1768 {
1769         pg_data_t *pgdat = data;
1770         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1771         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1772         unsigned long first_init_pfn, flags;
1773         unsigned long start = jiffies;
1774         struct zone *zone;
1775         int zid;
1776         u64 i;
1777
1778         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1779         if (!cpumask_empty(cpumask))
1780                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1781
1782         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1783         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1784         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1785                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1786                 pgdat_init_report_one_done();
1787                 return 0;
1788         }
1789
1790         /* Sanity check boundaries */
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1793         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1794
1795         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1796         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1797                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1798                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1799                         break;
1800         }
1801
1802         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1803         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1804                                                  first_init_pfn))
1805                 goto zone_empty;
1806
1807         /*
1808          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1809          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1810          * allocator.
1811          */
1812         while (spfn < epfn)
1813                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1814 zone_empty:
1815         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1816
1817         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1818         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1819
1820         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1821                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1822
1823         pgdat_init_report_one_done();
1824         return 0;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1829  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1830  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1831  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1832  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1833  *
1834  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1835  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1836  * enough pages to satisfy the allocation.
1837  *
1838  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1839  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1840  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1841  */
1842 static noinline bool __init
1843 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1844 {
1845         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1846         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1847         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1848         unsigned long spfn, epfn, flags;
1849         unsigned long nr_pages = 0;
1850         u64 i;
1851
1852         /* Only the last zone may have deferred pages */
1853         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1854                 return false;
1855
1856         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1857
1858         /*
1859          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1860          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1861          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1862          * has this static branch.
1863          */
1864         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1865                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1866                 return true;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1871          * true, as there might be enough pages already.
1872          */
1873         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1874                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1875                 return true;
1876         }
1877
1878         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1879         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1880                                                  first_deferred_pfn)) {
1881                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1882                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1883                 /* Retry only once. */
1884                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1885         }
1886
1887         /*
1888          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1889          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1890          * allocator.
1891          */
1892         while (spfn < epfn) {
1893                 /* update our first deferred PFN for this section */
1894                 first_deferred_pfn = spfn;
1895
1896                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1897
1898                 /* We should only stop along section boundaries */
1899                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1900                         continue;
1901
1902                 /* If our quota has been met we can stop here */
1903                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1904                         break;
1905         }
1906
1907         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1908         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1909
1910         return nr_pages > 0;
1911 }
1912
1913 /*
1914  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1915  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1916  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1917  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1918  */
1919 static bool __ref
1920 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1921 {
1922         return deferred_grow_zone(zone, order);
1923 }
1924
1925 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1926
1927 void __init page_alloc_init_late(void)
1928 {
1929         struct zone *zone;
1930         int nid;
1931
1932 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1933
1934         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1935         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1936         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1937                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1938         }
1939
1940         /* Block until all are initialised */
1941         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1942
1943         /*
1944          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1945          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1946          * will be artificially small.
1947          */
1948         for_each_populated_zone(zone)
1949                 zone_pcp_update(zone);
1950
1951         /*
1952          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1953          * on-demand struct page initialization.
1954          */
1955         static_branch_disable(&deferred_pages);
1956
1957         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1958         files_maxfiles_init();
1959 #endif
1960
1961         /* Discard memblock private memory */
1962         memblock_discard();
1963
1964         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1965                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1966
1967         for_each_populated_zone(zone)
1968                 set_zone_contiguous(zone);
1969 }
1970
1971 #ifdef CONFIG_CMA
1972 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1973 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1974 {
1975         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1976         struct page *p = page;
1977
1978         do {
1979                 __ClearPageReserved(p);
1980                 set_page_count(p, 0);
1981         } while (++p, --i);
1982
1983         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1984
1985         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1986                 i = pageblock_nr_pages;
1987                 p = page;
1988                 do {
1989                         set_page_refcounted(p);
1990                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1991                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1992                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1993         } else {
1994                 set_page_refcounted(page);
1995                 __free_pages(page, pageblock_order);
1996         }
1997
1998         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1999 }
2000 #endif
2001
2002 /*
2003  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2004  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2005  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2006  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2007  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2008  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2009  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2010  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2011  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2012  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2013  *
2014  * -- nyc
2015  */
2016 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2017         int low, int high, struct free_area *area,
2018         int migratetype)
2019 {
2020         unsigned long size = 1 << high;
2021
2022         while (high > low) {
2023                 area--;
2024                 high--;
2025                 size >>= 1;
2026                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2027
2028                 /*
2029                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2030                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2031                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2032                  * pages will stay not present in virtual address space
2033                  */
2034                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2035                         continue;
2036
2037                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2038                 set_page_order(&page[size], high);
2039         }
2040 }
2041
2042 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2043 {
2044         const char *bad_reason = NULL;
2045         unsigned long bad_flags = 0;
2046
2047         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2048                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2049         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2050                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2051         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2052                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2053         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2054                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2055                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2056                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2057                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2058                 return;
2059         }
2060         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2061                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2062                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2063         }
2064 #ifdef CONFIG_MEMCG
2065         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2066                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2067 #endif
2068         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2069 }
2070
2071 /*
2072  * This page is about to be returned from the page allocator
2073  */
2074 static inline int check_new_page(struct page *page)
2075 {
2076         if (likely(page_expected_state(page,
2077                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2078                 return 0;
2079
2080         check_new_page_bad(page);
2081         return 1;
2082 }
2083
2084 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2085 {
2086         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2087                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2088 }
2089
2090 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2091 /*
2092  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2093  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2094  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2095  */
2096 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2097 {
2098         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2099                 return check_new_page(page);
2100         else
2101                 return false;
2102 }
2103
2104 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2105 {
2106         return check_new_page(page);
2107 }
2108 #else
2109 /*
2110  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2111  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2112  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2113  */
2114 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2115 {
2116         return check_new_page(page);
2117 }
2118 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2119 {
2120         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2121                 return check_new_page(page);
2122         else
2123                 return false;
2124 }
2125 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2126
2127 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2128 {
2129         int i;
2130         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2131                 struct page *p = page + i;
2132
2133                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2134                         return true;
2135         }
2136
2137         return false;
2138 }
2139
2140 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2141                                 gfp_t gfp_flags)
2142 {
2143         set_page_private(page, 0);
2144         set_page_refcounted(page);
2145
2146         arch_alloc_page(page, order);
2147         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2148                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2149         kasan_alloc_pages(page, order);
2150         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2151         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2152 }
2153
2154 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2155                                                         unsigned int alloc_flags)
2156 {
2157         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2158
2159         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2160                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2161
2162         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2163                 prep_compound_page(page, order);
2164
2165         /*
2166          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2167          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2168          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2169          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2170          */
2171         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2172                 set_page_pfmemalloc(page);
2173         else
2174                 clear_page_pfmemalloc(page);
2175 }
2176
2177 /*
2178  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2179  * the smallest available page from the freelists
2180  */
2181 static __always_inline
2182 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2183                                                 int migratetype)
2184 {
2185         unsigned int current_order;
2186         struct free_area *area;
2187         struct page *page;
2188
2189         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2190         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2191                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2192                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2193                 if (!page)
2194                         continue;
2195                 del_page_from_free_area(page, area);
2196                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2197                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2198                 return page;
2199         }
2200
2201         return NULL;
2202 }
2203
2204
2205 /*
2206  * This array describes the order lists are fallen back to when
2207  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2208  */
2209 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2210         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2211         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2212         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2213 #ifdef CONFIG_CMA
2214         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2215 #endif
2216 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2217         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2218 #endif
2219 };
2220
2221 #ifdef CONFIG_CMA
2222 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2223                                         unsigned int order)
2224 {
2225         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2226 }
2227 #else
2228 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2229                                         unsigned int order) { return NULL; }
2230 #endif
2231
2232 /*
2233  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2234  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2235  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2236  */
2237 static int move_freepages(struct zone *zone,
2238                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2239                           int migratetype, int *num_movable)
2240 {
2241         struct page *page;
2242         unsigned int order;
2243         int pages_moved = 0;
2244
2245         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2246                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2247                         page++;
2248                         continue;
2249                 }
2250
2251                 if (!PageBuddy(page)) {
2252                         /*
2253                          * We assume that pages that could be isolated for
2254                          * migration are movable. But we don't actually try
2255                          * isolating, as that would be expensive.
2256                          */
2257                         if (num_movable &&
2258                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2259                                 (*num_movable)++;
2260
2261                         page++;
2262                         continue;
2263                 }
2264
2265                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2266                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2267                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2268
2269                 order = page_order(page);
2270                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2271                 page += 1 << order;
2272                 pages_moved += 1 << order;
2273         }
2274
2275         return pages_moved;
2276 }
2277
2278 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2279                                 int migratetype, int *num_movable)
2280 {
2281         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2282         struct page *start_page, *end_page;
2283
2284         if (num_movable)
2285                 *num_movable = 0;
2286
2287         start_pfn = page_to_pfn(page);
2288         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2289         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2290         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2291         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2292
2293         /* Do not cross zone boundaries */
2294         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2295                 start_page = page;
2296         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2297                 return 0;
2298
2299         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2300                                                                 num_movable);
2301 }
2302
2303 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2304                                         int start_order, int migratetype)
2305 {
2306         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2307
2308         while (nr_pageblocks--) {
2309                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2310                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2311         }
2312 }
2313
2314 /*
2315  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2316  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2317  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2318  *
2319  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2320  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2321  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2322  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2323  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2324  * pageblocks.
2325  */
2326 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2327 {
2328         /*
2329          * Leaving this order check is intended, although there is
2330          * relaxed order check in next check. The reason is that
2331          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2332          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2333          * so could be changed anytime.
2334          */
2335         if (order >= pageblock_order)
2336                 return true;
2337
2338         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2339                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2340                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2341                 page_group_by_mobility_disabled)
2342                 return true;
2343
2344         return false;
2345 }
2346
2347 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2348 {
2349         unsigned long max_boost;
2350
2351         if (!watermark_boost_factor)
2352                 return;
2353
2354         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2355                         watermark_boost_factor, 10000);
2356
2357         /*
2358          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2359          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2360          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2361          * allocations that early means that reclaim is not going
2362          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2363          * boosted watermark resulting in a hang.
2364          */
2365         if (!max_boost)
2366                 return;
2367
2368         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2369
2370         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2371                 max_boost);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2376  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2377  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2378  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2379  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2380  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2381  */
2382 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2383                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2384 {
2385         unsigned int current_order = page_order(page);
2386         struct free_area *area;
2387         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2388         int old_block_type;
2389
2390         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2391
2392         /*
2393          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2394          * highatomic accounting.
2395          */
2396         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2397                 goto single_page;
2398
2399         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2400         if (current_order >= pageblock_order) {
2401                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2402                 goto single_page;
2403         }
2404
2405         /*
2406          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2407          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2408          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2409          */
2410         boost_watermark(zone);
2411         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2412                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2413
2414         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2415         if (!whole_block)
2416                 goto single_page;
2417
2418         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2419                                                 &movable_pages);
2420         /*
2421          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2422          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2423          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2424          */
2425         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2426                 alike_pages = movable_pages;
2427         } else {
2428                 /*
2429                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2430                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2431                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2432                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2433                  * exact migratetype of non-movable pages.
2434                  */
2435                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2436                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2437                                                 - (free_pages + movable_pages);
2438                 else
2439                         alike_pages = 0;
2440         }
2441
2442         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2443         if (!free_pages)
2444                 goto single_page;
2445
2446         /*
2447          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2448          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2449          */
2450         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2451                         page_group_by_mobility_disabled)
2452                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2453
2454         return;
2455
2456 single_page:
2457         area = &zone->free_area[current_order];
2458         move_to_free_area(page, area, start_type);
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2463  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2464  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2465  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2466  */
2467 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2468                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2469 {
2470         int i;
2471         int fallback_mt;
2472
2473         if (area->nr_free == 0)
2474                 return -1;
2475
2476         *can_steal = false;
2477         for (i = 0;; i++) {
2478                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2479                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2480                         break;
2481
2482                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2483                         continue;
2484
2485                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2486                         *can_steal = true;
2487
2488                 if (!only_stealable)
2489                         return fallback_mt;
2490
2491                 if (*can_steal)
2492                         return fallback_mt;
2493         }
2494
2495         return -1;
2496 }
2497
2498 /*
2499  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2500  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2501  */
2502 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2503                                 unsigned int alloc_order)
2504 {
2505         int mt;
2506         unsigned long max_managed, flags;
2507
2508         /*
2509          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2510          * Check is race-prone but harmless.
2511          */
2512         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2513         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2514                 return;
2515
2516         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2517
2518         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2519         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2520                 goto out_unlock;
2521
2522         /* Yoink! */
2523         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2524         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2525             && !is_migrate_cma(mt)) {
2526                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2527                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2528                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2529         }
2530
2531 out_unlock:
2532         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2537  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2538  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2539  * to recover from than an OOM.
2540  *
2541  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2542  * pageblock is exhausted.
2543  */
2544 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2545                                                 bool force)
2546 {
2547         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2548         unsigned long flags;
2549         struct zoneref *z;
2550         struct zone *zone;
2551         struct page *page;
2552         int order;
2553         bool ret;
2554
2555         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2556                                                                 ac->nodemask) {
2557                 /*
2558                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2559                  * is really high.
2560                  */
2561                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2562                                         pageblock_nr_pages)
2563                         continue;
2564
2565                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2566                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2567                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2568
2569                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2570                         if (!page)
2571                                 continue;
2572
2573                         /*
2574                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2575                          * we can counter several free pages in a pageblock
2576                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2577                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2578                          * adjust the count once.
2579                          */
2580                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2581                                 /*
2582                                  * It should never happen but changes to
2583                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2584                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2585                                  * while unreserving so be safe and watch for
2586                                  * underflows.
2587                                  */
2588                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2589                                                 pageblock_nr_pages,
2590                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2591                         }
2592
2593                         /*
2594                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2595                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2596                          * is doing the work and needs the pages. More
2597                          * importantly, if the block was always converted to
2598                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2599                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2600                          * may increase.
2601                          */
2602                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2603                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2604                                                                         NULL);
2605                         if (ret) {
2606                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2607                                 return ret;
2608                         }
2609                 }
2610                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2611         }
2612
2613         return false;
2614 }
2615
2616 /*
2617  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2618  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2619  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2620  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2621  *
2622  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2623  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2624  * condition simpler.
2625  */
2626 static __always_inline bool
2627 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2628                                                 unsigned int alloc_flags)
2629 {
2630         struct free_area *area;
2631         int current_order;
2632         int min_order = order;
2633         struct page *page;
2634         int fallback_mt;
2635         bool can_steal;
2636
2637         /*
2638          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2639          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2640          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2641          */
2642         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2643                 min_order = pageblock_order;
2644
2645         /*
2646          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2647          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2648          * would be too costly to do exactly.
2649          */
2650         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2651                                 --current_order) {
2652                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2653                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2654                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2655                 if (fallback_mt == -1)
2656                         continue;
2657
2658                 /*
2659                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2660                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2661                  * steal and split the smallest available page instead of the
2662                  * largest available page, because even if the next movable
2663                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2664                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2665                  */
2666                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2667                                         && current_order > order)
2668                         goto find_smallest;
2669
2670                 goto do_steal;
2671         }
2672
2673         return false;
2674
2675 find_smallest:
2676         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2677                                                         current_order++) {
2678                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2679                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2680                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2681                 if (fallback_mt != -1)
2682                         break;
2683         }
2684
2685         /*
2686          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2687          * when looking for the largest page.
2688          */
2689         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2690
2691 do_steal:
2692         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2693
2694         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2695                                                                 can_steal);
2696
2697         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2698                 start_migratetype, fallback_mt);
2699
2700         return true;
2701
2702 }
2703
2704 /*
2705  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2706  * Call me with the zone->lock already held.
2707  */
2708 static __always_inline struct page *
2709 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2710                                                 unsigned int alloc_flags)
2711 {
2712         struct page *page;
2713
2714 retry:
2715         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2716         if (unlikely(!page)) {
2717                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2718                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2719
2720                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2721                                                                 alloc_flags))
2722                         goto retry;
2723         }
2724
2725         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2726         return page;
2727 }
2728
2729 /*
2730  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2731  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2732  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2733  */
2734 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2735                         unsigned long count, struct list_head *list,
2736                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2737 {
2738         int i, alloced = 0;
2739
2740         spin_lock(&zone->lock);
2741         for (i = 0; i < count; ++i) {
2742                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2743                                                                 alloc_flags);
2744                 if (unlikely(page == NULL))
2745                         break;
2746
2747                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2748                         continue;
2749
2750                 /*
2751                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2752                  * physical page order. The page is added to the tail of
2753                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2754                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2755                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2756                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2757                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2758                  * pages are ordered properly.
2759                  */
2760                 list_add_tail(&page->lru, list);
2761                 alloced++;
2762                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2763                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2764                                               -(1 << order));
2765         }
2766
2767         /*
2768          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2769          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2770          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2771          * pages added to the pcp list.
2772          */
2773         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2774         spin_unlock(&zone->lock);
2775         return alloced;
2776 }
2777
2778 #ifdef CONFIG_NUMA
2779 /*
2780  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2781  * currently executing processor on remote nodes after they have
2782  * expired.
2783  *
2784  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2785  * a single processor.
2786  */
2787 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2788 {
2789         unsigned long flags;
2790         int to_drain, batch;
2791
2792         local_irq_save(flags);
2793         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2794         to_drain = min(pcp->count, batch);
2795         if (to_drain > 0)
2796                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2797         local_irq_restore(flags);
2798 }
2799 #endif
2800
2801 /*
2802  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2803  *
2804  * The processor must either be the current processor and the
2805  * thread pinned to the current processor or a processor that
2806  * is not online.
2807  */
2808 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2809 {
2810         unsigned long flags;
2811         struct per_cpu_pageset *pset;
2812         struct per_cpu_pages *pcp;
2813
2814         local_irq_save(flags);
2815         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2816
2817         pcp = &pset->pcp;
2818         if (pcp->count)
2819                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2820         local_irq_restore(flags);
2821 }
2822
2823 /*
2824  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2825  *
2826  * The processor must either be the current processor and the
2827  * thread pinned to the current processor or a processor that
2828  * is not online.
2829  */
2830 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2831 {
2832         struct zone *zone;
2833
2834         for_each_populated_zone(zone) {
2835                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2836         }
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2841  *
2842  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2843  * the single zone's pages.
2844  */
2845 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2846 {
2847         int cpu = smp_processor_id();
2848
2849         if (zone)
2850                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2851         else
2852                 drain_pages(cpu);
2853 }
2854
2855 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2856 {
2857         struct pcpu_drain *drain;
2858
2859         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2860
2861         /*
2862          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2863          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2864          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2865          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2866          * a different one.
2867          */
2868         preempt_disable();
2869         drain_local_pages(drain->zone);
2870         preempt_enable();
2871 }
2872
2873 /*
2874  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2875  *
2876  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2877  *
2878  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2879  */
2880 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2881 {
2882         int cpu;
2883
2884         /*
2885          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2886          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2887          */
2888         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2889
2890         /*
2891          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2892          * initialized.
2893          */
2894         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2895                 return;
2896
2897         /*
2898          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2899          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2900          * the drain to be complete when the call returns.
2901          */
2902         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2903                 if (!zone)
2904                         return;
2905                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2906         }
2907
2908         /*
2909          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2910          * as offline notification will cause the notified
2911          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2912          * disables preemption as part of its processing
2913          */
2914         for_each_online_cpu(cpu) {
2915                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2916                 struct zone *z;
2917                 bool has_pcps = false;
2918
2919                 if (zone) {
2920                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2921                         if (pcp->pcp.count)
2922                                 has_pcps = true;
2923                 } else {
2924                         for_each_populated_zone(z) {
2925                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2926                                 if (pcp->pcp.count) {
2927                                         has_pcps = true;
2928                                         break;
2929                                 }
2930                         }
2931                 }
2932
2933                 if (has_pcps)
2934                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2935                 else
2936                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2937         }
2938
2939         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2940                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2941
2942                 drain->zone = zone;
2943                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2944                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2945         }
2946         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2947                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2948
2949         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2950 }
2951
2952 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2953
2954 /*
2955  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2956  */
2957 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2958
2959 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2960 {
2961         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2962         unsigned long flags;
2963         unsigned int order, t;
2964         struct page *page;
2965
2966         if (zone_is_empty(zone))
2967                 return;
2968
2969         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2970
2971         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2972         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2973                 if (pfn_valid(pfn)) {
2974                         page = pfn_to_page(pfn);
2975
2976                         if (!--page_count) {
2977                                 touch_nmi_watchdog();
2978                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2979                         }
2980
2981                         if (page_zone(page) != zone)
2982                                 continue;
2983
2984                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2985                                 swsusp_unset_page_free(page);
2986                 }
2987
2988         for_each_migratetype_order(order, t) {
2989                 list_for_each_entry(page,
2990                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2991                         unsigned long i;
2992
2993                         pfn = page_to_pfn(page);
2994                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2995                                 if (!--page_count) {
2996                                         touch_nmi_watchdog();
2997                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2998                                 }
2999                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3000                         }
3001                 }
3002         }
3003         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3004 }
3005 #endif /* CONFIG_PM */
3006
3007 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3008 {
3009         int migratetype;
3010
3011         if (!free_pcp_prepare(page))
3012                 return false;
3013
3014         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3015         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3016         return true;
3017 }
3018
3019 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3020 {
3021         struct zone *zone = page_zone(page);
3022         struct per_cpu_pages *pcp;
3023         int migratetype;
3024
3025         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3026         __count_vm_event(PGFREE);
3027
3028         /*
3029          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3030          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3031          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3032          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3033          * excessively into the page allocator
3034          */
3035         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3036                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3037                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3038                         return;
3039                 }
3040                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3041         }
3042
3043         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3044         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3045         pcp->count++;
3046         if (pcp->count >= pcp->high) {
3047                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3048                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3049         }
3050 }
3051
3052 /*
3053  * Free a 0-order page
3054  */
3055 void free_unref_page(struct page *page)
3056 {
3057         unsigned long flags;
3058         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3059
3060         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3061                 return;
3062
3063         local_irq_save(flags);
3064         free_unref_page_commit(page, pfn);
3065         local_irq_restore(flags);
3066 }
3067
3068 /*
3069  * Free a list of 0-order pages
3070  */
3071 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3072 {
3073         struct page *page, *next;
3074         unsigned long flags, pfn;
3075         int batch_count = 0;
3076
3077         /* Prepare pages for freeing */
3078         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3079                 pfn = page_to_pfn(page);
3080                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3081                         list_del(&page->lru);
3082                 set_page_private(page, pfn);
3083         }
3084
3085         local_irq_save(flags);
3086         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3087                 unsigned long pfn = page_private(page);
3088
3089                 set_page_private(page, 0);
3090                 trace_mm_page_free_batched(page);
3091                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3092
3093                 /*
3094                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3095                  * a large list of pages to free.
3096                  */
3097                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3098                         local_irq_restore(flags);
3099                         batch_count = 0;
3100                         local_irq_save(flags);
3101                 }
3102         }
3103         local_irq_restore(flags);
3104 }
3105
3106 /*
3107  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3108  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3109  * Each sub-page must be freed individually.
3110  *
3111  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3112  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3113  */
3114 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3115 {
3116         int i;
3117
3118         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3119         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3120
3121         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3122                 set_page_refcounted(page + i);
3123         split_page_owner(page, order);
3124 }
3125 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3126
3127 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3128 {
3129         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3130         unsigned long watermark;
3131         struct zone *zone;
3132         int mt;
3133
3134         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3135
3136         zone = page_zone(page);
3137         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3138
3139         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3140                 /*
3141                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3142                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3143                  * watermark, because we already know our high-order page
3144                  * exists.
3145                  */
3146                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3147                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3148                         return 0;
3149
3150                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3151         }
3152
3153         /* Remove page from free list */
3154
3155         del_page_from_free_area(page, area);
3156
3157         /*
3158          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3159          * pageblock
3160          */
3161         if (order >= pageblock_order - 1) {
3162                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3163                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3164                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3165                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3166                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3167                                 set_pageblock_migratetype(page,
3168                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3169                 }
3170         }
3171
3172
3173         return 1UL << order;
3174 }
3175
3176 /*
3177  * Update NUMA hit/miss statistics
3178  *
3179  * Must be called with interrupts disabled.
3180  */
3181 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3182 {
3183 #ifdef CONFIG_NUMA
3184         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3185
3186         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3187         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3188                 return;
3189
3190         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3191                 local_stat = NUMA_OTHER;
3192
3193         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3194                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3195         else {
3196                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3197                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3198         }
3199         __inc_numa_state(z, local_stat);
3200 #endif
3201 }
3202
3203 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3204 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3205                         unsigned int alloc_flags,
3206                         struct per_cpu_pages *pcp,
3207                         struct list_head *list)
3208 {
3209         struct page *page;
3210
3211         do {
3212                 if (list_empty(list)) {
3213                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3214                                         pcp->batch, list,
3215                                         migratetype, alloc_flags);
3216                         if (unlikely(list_empty(list)))
3217                                 return NULL;
3218                 }
3219
3220                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3221                 list_del(&page->lru);
3222                 pcp->count--;
3223         } while (check_new_pcp(page));
3224
3225         return page;
3226 }
3227
3228 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3229 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3230                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3231                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3232 {
3233         struct per_cpu_pages *pcp;
3234         struct list_head *list;
3235         struct page *page;
3236         unsigned long flags;
3237
3238         local_irq_save(flags);
3239         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3240         list = &pcp->lists[migratetype];
3241         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3242         if (page) {
3243                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3244                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3245         }
3246         local_irq_restore(flags);
3247         return page;
3248 }
3249
3250 /*
3251  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3252  */
3253 static inline
3254 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3255                         struct zone *zone, unsigned int order,
3256                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3257                         int migratetype)
3258 {
3259         unsigned long flags;
3260         struct page *page;
3261
3262         if (likely(order == 0)) {
3263                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3264                                         migratetype, alloc_flags);
3265                 goto out;
3266         }
3267
3268         /*
3269          * We most definitely don't want callers attempting to
3270          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3271          */
3272         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3273         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3274
3275         do {
3276                 page = NULL;
3277                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3278                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3279                         if (page)
3280                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3281                 }
3282                 if (!page)
3283                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3284         } while (page && check_new_pages(page, order));
3285         spin_unlock(&zone->lock);
3286         if (!page)
3287                 goto failed;
3288         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3289                                   get_pcppage_migratetype(page));
3290
3291         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3292         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3293         local_irq_restore(flags);
3294
3295 out:
3296         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3297         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3298                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3299                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3300         }
3301
3302         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3303         return page;
3304
3305 failed:
3306         local_irq_restore(flags);
3307         return NULL;
3308 }
3309
3310 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3311
3312 static struct {
3313         struct fault_attr attr;
3314
3315         bool ignore_gfp_highmem;
3316         bool ignore_gfp_reclaim;
3317         u32 min_order;
3318 } fail_page_alloc = {
3319         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3320         .ignore_gfp_reclaim = true,
3321         .ignore_gfp_highmem = true,
3322         .min_order = 1,
3323 };
3324
3325 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3326 {
3327         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3328 }
3329 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3330
3331 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3332 {
3333         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3334                 return false;
3335         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3336                 return false;
3337         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3338                 return false;
3339         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3340                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3341                 return false;
3342
3343         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3344 }
3345
3346 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3347
3348 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3349 {
3350         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3351         struct dentry *dir;
3352
3353         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3354                                         &fail_page_alloc.attr);
3355
3356         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3357                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3358         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3359                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3360         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3361
3362         return 0;
3363 }
3364
3365 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3366
3367 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3368
3369 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3370
3371 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3372 {
3373         return false;
3374 }
3375
3376 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3377
3378 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3379 {
3380         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3381 }
3382 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3383
3384 /*
3385  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3386  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3387  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3388  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3389  */
3390 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3391                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3392                          long free_pages)
3393 {
3394         long min = mark;
3395         int o;
3396         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3397
3398         /* free_pages may go negative - that's OK */
3399         free_pages -= (1 << order) - 1;
3400
3401         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3402                 min -= min / 2;
3403
3404         /*
3405          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3406          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3407          * atomic reserve but it avoids a search.
3408          */
3409         if (likely(!alloc_harder)) {
3410                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3411         } else {
3412                 /*
3413                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3414                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3415                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3416                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3417                  */
3418                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3419                         min -= min / 2;
3420                 else
3421                         min -= min / 4;
3422         }
3423
3424
3425 #ifdef CONFIG_CMA
3426         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3427         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3428                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3429 #endif
3430
3431         /*
3432          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3433          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3434          * even if a suitable page happened to be free.
3435          */
3436         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3437                 return false;
3438
3439         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3440         if (!order)
3441                 return true;
3442
3443         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3444         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3445                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3446                 int mt;
3447
3448                 if (!area->nr_free)
3449                         continue;
3450
3451                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3452                         if (!free_area_empty(area, mt))
3453                                 return true;
3454                 }
3455
3456 #ifdef CONFIG_CMA
3457                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3458                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3459                         return true;
3460                 }
3461 #endif
3462                 if (alloc_harder &&
3463                         !list_empty(&area->free_list[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 = 0;
3539
3540         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3541                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3542
3543 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3544         if (!zone)
3545                 return alloc_flags;
3546
3547         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3548                 return alloc_flags;
3549
3550         /*
3551          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3552          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3553          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3554          */
3555         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3556         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3557                 return alloc_flags;
3558
3559         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3560 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3561         return alloc_flags;
3562 }
3563
3564 /*
3565  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3566  * a page.
3567  */
3568 static struct page *
3569 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3570                                                 const struct alloc_context *ac)
3571 {
3572         struct zoneref *z;
3573         struct zone *zone;
3574         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3575         bool no_fallback;
3576
3577 retry:
3578         /*
3579          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3580          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3581          */
3582         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3583         z = ac->preferred_zoneref;
3584         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3585                                                                 ac->nodemask) {
3586                 struct page *page;
3587                 unsigned long mark;
3588
3589                 if (cpusets_enabled() &&
3590                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3591                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3592                                 continue;
3593                 /*
3594                  * When allocating a page cache page for writing, we
3595                  * want to get it from a node that is within its dirty
3596                  * limit, such that no single node holds more than its
3597                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3598                  * The dirty limits take into account the node's
3599                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3600                  * should be able to balance it without having to
3601                  * write pages from its LRU list.
3602                  *
3603                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3604                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3605                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3606                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3607                  * nodes are together not big enough to reach the
3608                  * global limit.  The proper fix for these situations
3609                  * will require awareness of nodes in the
3610                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3611                  */
3612                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3613                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3614                                 continue;
3615
3616                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3617                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3618                                 continue;
3619                         }
3620                 }
3621
3622                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3623                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3624                         int local_nid;
3625
3626                         /*
3627                          * If moving to a remote node, retry but allow
3628                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3629                          * than fragmentation avoidance.
3630                          */
3631                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3632                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3633                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3634                                 goto retry;
3635                         }
3636                 }
3637
3638                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3639                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3640                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3641                         int ret;
3642
3643 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3644                         /*
3645                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3646                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3647                          */
3648                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3649                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3650                                         goto try_this_zone;
3651                         }
3652 #endif
3653                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3654                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3655                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3656                                 goto try_this_zone;
3657
3658                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3659                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3660                                 continue;
3661
3662                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3663                         switch (ret) {
3664                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3665                                 /* did not scan */
3666                                 continue;
3667                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3668                                 /* scanned but unreclaimable */
3669                                 continue;
3670                         default:
3671                                 /* did we reclaim enough */
3672                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3673                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3674                                         goto try_this_zone;
3675
3676                                 continue;
3677                         }
3678                 }
3679
3680 try_this_zone:
3681                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3682                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3683                 if (page) {
3684                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3685
3686                         /*
3687                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3688                          * if the pageblock should be reserved for the future
3689                          */
3690                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3691                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3692
3693                         return page;
3694                 } else {
3695 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3696                         /* Try again if zone has deferred pages */
3697                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3698                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3699                                         goto try_this_zone;
3700                         }
3701 #endif
3702                 }
3703         }
3704
3705         /*
3706          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3707          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3708          */
3709         if (no_fallback) {
3710                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3711                 goto retry;
3712         }
3713
3714         return NULL;
3715 }
3716
3717 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3718 {
3719         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3720
3721         /*
3722          * This documents exceptions given to allocations in certain
3723          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3724          * of allowed nodes.
3725          */
3726         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3727                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3728                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3729                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3730         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3731                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3732
3733         show_mem(filter, nodemask);
3734 }
3735
3736 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3737 {
3738         struct va_format vaf;
3739         va_list args;
3740         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3741
3742         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3743                 return;
3744
3745         va_start(args, fmt);
3746         vaf.fmt = fmt;
3747         vaf.va = &args;
3748         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3749                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3750                         nodemask_pr_args(nodemask));
3751         va_end(args);
3752
3753         cpuset_print_current_mems_allowed();
3754         pr_cont("\n");
3755         dump_stack();
3756         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3757 }
3758
3759 static inline struct page *
3760 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3761                               unsigned int alloc_flags,
3762                               const struct alloc_context *ac)
3763 {
3764         struct page *page;
3765
3766         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3767                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3768         /*
3769          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3770          * are depleted
3771          */
3772         if (!page)
3773                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3774                                 alloc_flags, ac);
3775
3776         return page;
3777 }
3778
3779 static inline struct page *
3780 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3781         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3782 {
3783         struct oom_control oc = {
3784                 .zonelist = ac->zonelist,
3785                 .nodemask = ac->nodemask,
3786                 .memcg = NULL,
3787                 .gfp_mask = gfp_mask,
3788                 .order = order,
3789         };
3790         struct page *page;
3791
3792         *did_some_progress = 0;
3793
3794         /*
3795          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3796          * making progress for us.
3797          */
3798         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3799                 *did_some_progress = 1;
3800                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3801                 return NULL;
3802         }
3803
3804         /*
3805          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3806          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3807          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3808          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3809          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3810          */
3811         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3812                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3813                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3814         if (page)
3815                 goto out;
3816
3817         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3818         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3819                 goto out;
3820         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3821         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3822                 goto out;
3823         /*
3824          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3825          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3826          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3827          * fallback than shooting a random task.
3828          */
3829         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3830                 goto out;
3831         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3832         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3833                 goto out;
3834         if (pm_suspended_storage())
3835                 goto out;
3836         /*
3837          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3838          * other request to make a forward progress.
3839          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3840          * do much for this context but let's try it to at least get
3841          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3842          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3843          * failures more gracefully we should just bail out here.
3844          */
3845
3846         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3847         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3848                 goto out;
3849
3850         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3851         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3852                 *did_some_progress = 1;
3853
3854                 /*
3855                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3856                  * reserves
3857                  */
3858                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3859                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3860                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3861         }
3862 out:
3863         mutex_unlock(&oom_lock);
3864         return page;
3865 }
3866
3867 /*
3868  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3869  * killer is consider as the only way to move forward.
3870  */
3871 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3872
3873 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3874 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3875 static struct page *
3876 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3877                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3878                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3879 {
3880         struct page *page = NULL;
3881         unsigned long pflags;
3882         unsigned int noreclaim_flag;
3883
3884         if (!order)
3885                 return NULL;
3886
3887         psi_memstall_enter(&pflags);
3888         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3889
3890         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3891                                                                 prio, &page);
3892
3893         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3894         psi_memstall_leave(&pflags);
3895
3896         /*
3897          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3898          * count a compaction stall
3899          */
3900         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3901
3902         /* Prep a captured page if available */
3903         if (page)
3904                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3905
3906         /* Try get a page from the freelist if available */
3907         if (!page)
3908                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3909
3910         if (page) {
3911                 struct zone *zone = page_zone(page);
3912
3913                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3914                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3915                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3916                 return page;
3917         }
3918
3919         /*
3920          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3921          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3922          */
3923         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3924
3925         cond_resched();
3926
3927         return NULL;
3928 }
3929
3930 static inline bool
3931 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3932                      enum compact_result compact_result,
3933                      enum compact_priority *compact_priority,
3934                      int *compaction_retries)
3935 {
3936         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3937         int min_priority;
3938         bool ret = false;
3939         int retries = *compaction_retries;
3940         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3941
3942         if (!order)
3943                 return false;
3944
3945         if (compaction_made_progress(compact_result))
3946                 (*compaction_retries)++;
3947
3948         /*
3949          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3950          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3951          * failure could be caused by insufficient priority
3952          */
3953         if (compaction_failed(compact_result))
3954                 goto check_priority;
3955
3956         /*
3957          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3958          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3959          */
3960         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3961                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3962                 goto out;
3963         }
3964
3965         /*
3966          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3967          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3968          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3969          * we don't just keep bailing out endlessly.
3970          */
3971         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3972                 goto check_priority;
3973         }
3974
3975         /*
3976          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3977          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3978          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3979          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3980          * would need much more detailed feedback from compaction to
3981          * make a better decision.
3982          */
3983         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3984                 max_retries /= 4;
3985         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3986                 ret = true;
3987                 goto out;
3988         }
3989
3990         /*
3991          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3992          * all retries or failed at the lower priorities.
3993          */
3994 check_priority:
3995         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3996                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3997
3998         if (*compact_priority > min_priority) {
3999                 (*compact_priority)--;
4000                 *compaction_retries = 0;
4001                 ret = true;
4002         }
4003 out:
4004         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4005         return ret;
4006 }
4007 #else
4008 static inline struct page *
4009 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4010                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4011                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4012 {
4013         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4014         return NULL;
4015 }
4016
4017 static inline bool
4018 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4019                      enum compact_result compact_result,
4020                      enum compact_priority *compact_priority,
4021                      int *compaction_retries)
4022 {
4023         struct zone *zone;
4024         struct zoneref *z;
4025
4026         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4027                 return false;
4028
4029         /*
4030          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4031          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4032          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4033          * watermarks are OK.
4034          */
4035         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4036                                         ac->nodemask) {
4037                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4038                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4039                         return true;
4040         }
4041         return false;
4042 }
4043 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4044
4045 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4046 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4047         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4048
4049 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4050 {
4051         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4052
4053         /* no reclaim without waiting on it */
4054         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4055                 return false;
4056
4057         /* this guy won't enter reclaim */
4058         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4059                 return false;
4060
4061         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4062         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4063                 return false;
4064
4065         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4066                 return false;
4067
4068         return true;
4069 }
4070
4071 void __fs_reclaim_acquire(void)
4072 {
4073         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4074 }
4075
4076 void __fs_reclaim_release(void)
4077 {
4078         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4079 }
4080
4081 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4082 {
4083         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4084                 __fs_reclaim_acquire();
4085 }
4086 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4087
4088 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4089 {
4090         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4091                 __fs_reclaim_release();
4092 }
4093 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4094 #endif
4095
4096 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4097 static int
4098 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4099                                         const struct alloc_context *ac)
4100 {
4101         int progress;
4102         unsigned int noreclaim_flag;
4103         unsigned long pflags;
4104
4105         cond_resched();
4106
4107         /* We now go into synchronous reclaim */
4108         cpuset_memory_pressure_bump();
4109         psi_memstall_enter(&pflags);
4110         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4111         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4112
4113         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4114                                                                 ac->nodemask);
4115
4116         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4117         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4118         psi_memstall_leave(&pflags);
4119
4120         cond_resched();
4121
4122         return progress;
4123 }
4124
4125 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4126 static inline struct page *
4127 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4128                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4129                 unsigned long *did_some_progress)
4130 {
4131         struct page *page = NULL;
4132         bool drained = false;
4133
4134         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4135         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4136                 return NULL;
4137
4138 retry:
4139         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4140
4141         /*
4142          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4143          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4144          * Shrink them them and try again
4145          */
4146         if (!page && !drained) {
4147                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4148                 drain_all_pages(NULL);
4149                 drained = true;
4150                 goto retry;
4151         }
4152
4153         return page;
4154 }
4155
4156 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4157                              const struct alloc_context *ac)
4158 {
4159         struct zoneref *z;
4160         struct zone *zone;
4161         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4162         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4163
4164         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4165                                         ac->nodemask) {
4166                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4167                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4168                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4169         }
4170 }
4171
4172 static inline unsigned int
4173 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4174 {
4175         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4176
4177         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4178         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4179
4180         /*
4181          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4182          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4183          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4184          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4185          */
4186         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4187
4188         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4189                 /*
4190                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4191                  * if it can't schedule.
4192                  */
4193                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4194                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4195                 /*
4196                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4197                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4198                  */
4199                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4200         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4201                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4202
4203         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4204                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4205
4206 #ifdef CONFIG_CMA
4207         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4208                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4209 #endif
4210         return alloc_flags;
4211 }
4212
4213 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4214 {
4215         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4216                 return false;
4217
4218         /*
4219          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4220          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4221          */
4222         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4223                 return false;
4224
4225         return true;
4226 }
4227
4228 /*
4229  * Distinguish requests which really need access to full memory
4230  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4231  */
4232 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4233 {
4234         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4235                 return 0;
4236         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4237                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4238         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4239                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4240         if (!in_interrupt()) {
4241                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4242                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4243                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4244                         return ALLOC_OOM;
4245         }
4246
4247         return 0;
4248 }
4249
4250 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4251 {
4252         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4253 }
4254
4255 /*
4256  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4257  * for the given allocation request.
4258  *
4259  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4260  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4261  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4262  *
4263  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4264  */
4265 static inline bool
4266 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4267                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4268                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4269 {
4270         struct zone *zone;
4271         struct zoneref *z;
4272         bool ret = false;
4273
4274         /*
4275          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4276          * their order will become available due to high fragmentation so
4277          * always increment the no progress counter for them
4278          */
4279         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4280                 *no_progress_loops = 0;
4281         else
4282                 (*no_progress_loops)++;
4283
4284         /*
4285          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4286          * several times in the row.
4287          */
4288         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4289                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4290                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4291         }
4292
4293         /*
4294          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4295          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4296          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4297          * screwed and have to go OOM.
4298          */
4299         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4300                                         ac->nodemask) {
4301                 unsigned long available;
4302                 unsigned long reclaimable;
4303                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4304                 bool wmark;
4305
4306                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4307                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4308
4309                 /*
4310                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4311                  * reclaimable pages?
4312                  */
4313                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4314                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4315                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4316                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4317                 if (wmark) {
4318                         /*
4319                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4320                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4321                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4322                          * prevent from pre mature OOM
4323                          */
4324                         if (!did_some_progress) {
4325                                 unsigned long write_pending;
4326
4327                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4328                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4329
4330                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4331                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4332                                         return true;
4333                                 }
4334                         }
4335
4336                         ret = true;
4337                         goto out;
4338                 }
4339         }
4340
4341 out:
4342         /*
4343          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4344          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4345          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4346          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4347          * here rather than calling cond_resched().
4348          */
4349         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4350                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4351         else
4352                 cond_resched();
4353         return ret;
4354 }
4355
4356 static inline bool
4357 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4358 {
4359         /*
4360          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4361          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4362          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4363          * such a way the check therein was true, and then it became false
4364          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4365          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4366          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4367          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4368          * caller can deal with a violated nodemask.
4369          */
4370         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4371                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4372                 ac->nodemask = NULL;
4373                 return true;
4374         }
4375
4376         /*
4377          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4378          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4379          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4380          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4381          * retry.
4382          */
4383         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4384                 return true;
4385
4386         return false;
4387 }
4388
4389 static inline struct page *
4390 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4391                                                 struct alloc_context *ac)
4392 {
4393         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4394         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4395         struct page *page = NULL;
4396         unsigned int alloc_flags;
4397         unsigned long did_some_progress;
4398         enum compact_priority compact_priority;
4399         enum compact_result compact_result;
4400         int compaction_retries;
4401         int no_progress_loops;
4402         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4403         int reserve_flags;
4404
4405         /*
4406          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4407          * callers that are not in atomic context.
4408          */
4409         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4410                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4411                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4412
4413 retry_cpuset:
4414         compaction_retries = 0;
4415         no_progress_loops = 0;
4416         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4417         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4418
4419         /*
4420          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4421          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4422          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4423          */
4424         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4425
4426         /*
4427          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4428          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4429          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4430          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4431          */
4432         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4433                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4434         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4435                 goto nopage;
4436
4437         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4438                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4439
4440         /*
4441          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4442          * that first
4443          */
4444         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4445         if (page)
4446                 goto got_pg;
4447
4448         /*
4449          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4450          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4451          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4452          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4453          * same migratetype.
4454          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4455          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4456          */
4457         if (can_direct_reclaim &&
4458                         (costly_order ||
4459                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4460                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4461                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4462                                                 alloc_flags, ac,
4463                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4464                                                 &compact_result);
4465                 if (page)
4466                         goto got_pg;
4467
4468                  if (order >= pageblock_order && (gfp_mask & __GFP_IO) &&
4469                      !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)) {
4470                         /*
4471                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4472                          * failed because all zones are below low watermarks
4473                          * or is prohibited because it recently failed at this
4474                          * order, fail immediately unless the allocator has
4475                          * requested compaction and reclaim retry.
4476                          *
4477                          * Reclaim is
4478                          *  - potentially very expensive because zones are far
4479                          *    below their low watermarks or this is part of very
4480                          *    bursty high order allocations,
4481                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4482                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4483                          *    linear scan, and
4484                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4485                          *    own.
4486                          */
4487                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4488                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4489                                 goto nopage;
4490                 }
4491
4492                 /*
4493                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4494                  * includes THP page fault allocations
4495                  */
4496                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4497                         /*
4498                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4499                          * it is because sync compaction recently failed. If
4500                          * this is the case and the caller requested a THP
4501                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4502                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4503                          * direct reclaim.
4504                          */
4505                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4506                                 goto nopage;
4507
4508                         /*
4509                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4510                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4511                          * using async compaction.
4512                          */
4513                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4514                 }
4515         }
4516
4517 retry:
4518         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4519         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4520                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4521
4522         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4523         if (reserve_flags)
4524                 alloc_flags = reserve_flags;
4525
4526         /*
4527          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4528          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4529          * user oriented.
4530          */
4531         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4532                 ac->nodemask = NULL;
4533                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4534                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4535         }
4536
4537         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4538         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4539         if (page)
4540                 goto got_pg;
4541
4542         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4543         if (!can_direct_reclaim)
4544                 goto nopage;
4545
4546         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4547         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4548                 goto nopage;
4549
4550         /* Try direct reclaim and then allocating */
4551         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4552                                                         &did_some_progress);
4553         if (page)
4554                 goto got_pg;
4555
4556         /* Try direct compaction and then allocating */
4557         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4558                                         compact_priority, &compact_result);
4559         if (page)
4560                 goto got_pg;
4561
4562         /* Do not loop if specifically requested */
4563         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4564                 goto nopage;
4565
4566         /*
4567          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4568          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4569          */
4570         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4571                 goto nopage;
4572
4573         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4574                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4575                 goto retry;
4576
4577         /*
4578          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4579          * reclaim is not able to make any progress because the current
4580          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4581          * of free memory (see __compaction_suitable)
4582          */
4583         if (did_some_progress > 0 &&
4584                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4585                                 compact_result, &compact_priority,
4586                                 &compaction_retries))
4587                 goto retry;
4588
4589
4590         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4591         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4592                 goto retry_cpuset;
4593
4594         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4595         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4596         if (page)
4597                 goto got_pg;
4598
4599         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4600         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4601             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4602              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4603                 goto nopage;
4604
4605         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4606         if (did_some_progress) {
4607                 no_progress_loops = 0;
4608                 goto retry;
4609         }
4610
4611 nopage:
4612         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4613         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4614                 goto retry_cpuset;
4615
4616         /*
4617          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4618          * we always retry
4619          */
4620         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4621                 /*
4622                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4623                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4624                  */
4625                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4626                         goto fail;
4627
4628                 /*
4629                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4630                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4631                  * for somebody to do a work for us
4632                  */
4633                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4634
4635                 /*
4636                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4637                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4638                  * so that we can identify them and convert them to something
4639                  * else.
4640                  */
4641                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4642
4643                 /*
4644                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4645                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4646                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4647                  * the situation worse
4648                  */
4649                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4650                 if (page)
4651                         goto got_pg;
4652
4653                 cond_resched();
4654                 goto retry;
4655         }
4656 fail:
4657         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4658                         "page allocation failure: order:%u", order);
4659 got_pg:
4660         return page;
4661 }
4662
4663 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4664                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4665                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4666                 unsigned int *alloc_flags)
4667 {
4668         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4669         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4670         ac->nodemask = nodemask;
4671         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4672
4673         if (cpusets_enabled()) {
4674                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4675                 if (!ac->nodemask)
4676                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4677                 else
4678                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4679         }
4680
4681         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4682         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4683
4684         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4685
4686         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4687                 return false;
4688
4689         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4690                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4691
4692         return true;
4693 }
4694
4695 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4696 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4697 {
4698         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4699         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4700
4701         /*
4702          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4703          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4704          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4705          */
4706         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4707                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4708 }
4709
4710 /*
4711  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4712  */
4713 struct page *
4714 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4715                                                         nodemask_t *nodemask)
4716 {
4717         struct page *page;
4718         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4719         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4720         struct alloc_context ac = { };
4721
4722         /*
4723          * There are several places where we assume that the order value is sane
4724          * so bail out early if the request is out of bound.
4725          */
4726         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4727                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4728                 return NULL;
4729         }
4730
4731         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4732         alloc_mask = gfp_mask;
4733         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4734                 return NULL;
4735
4736         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4737
4738         /*
4739          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4740          * memory until all local zones are considered.
4741          */
4742         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4743
4744         /* First allocation attempt */
4745         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4746         if (likely(page))
4747                 goto out;
4748
4749         /*
4750          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4751          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4752          * from a particular context which has been marked by
4753          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4754          */
4755         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4756         ac.spread_dirty_pages = false;
4757
4758         /*
4759          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4760          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4761          */
4762         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4763                 ac.nodemask = nodemask;
4764
4765         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4766
4767 out:
4768         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4769             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4770                 __free_pages(page, order);
4771                 page = NULL;
4772         }
4773
4774         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4775
4776         return page;
4777 }
4778 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4779
4780 /*
4781  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4782  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4783  * you need to access high mem.
4784  */
4785 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4786 {
4787         struct page *page;
4788
4789         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4790         if (!page)
4791                 return 0;
4792         return (unsigned long) page_address(page);
4793 }
4794 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4795
4796 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4797 {
4798         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4801
4802 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4803 {
4804         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4805                 free_unref_page(page);
4806         else
4807                 __free_pages_ok(page, order);
4808 }
4809
4810 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4811 {
4812         if (put_page_testzero(page))
4813                 free_the_page(page, order);
4814 }
4815 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4816
4817 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4818 {
4819         if (addr != 0) {
4820                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4821                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4822         }
4823 }
4824
4825 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4826
4827 /*
4828  * Page Fragment:
4829  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4830  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4831  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4832  *
4833  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4834  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4835  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4836  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4837  */
4838 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4839                                              gfp_t gfp_mask)
4840 {
4841         struct page *page = NULL;
4842         gfp_t gfp = gfp_mask;
4843
4844 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4845         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4846                     __GFP_NOMEMALLOC;
4847         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4848                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4849         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4850 #endif
4851         if (unlikely(!page))
4852                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4853
4854         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4855
4856         return page;
4857 }
4858
4859 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4860 {
4861         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4862
4863         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4864                 free_the_page(page, compound_order(page));
4865 }
4866 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4867
4868 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4869                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4870 {
4871         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4872         struct page *page;
4873         int offset;
4874
4875         if (unlikely(!nc->va)) {
4876 refill:
4877                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4878                 if (!page)
4879                         return NULL;
4880
4881 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4882                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4883                 size = nc->size;
4884 #endif
4885                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4886                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4887                  */
4888                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4889
4890                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4891                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4892                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4893                 nc->offset = size;
4894         }
4895
4896         offset = nc->offset - fragsz;
4897         if (unlikely(offset < 0)) {
4898                 page = virt_to_page(nc->va);
4899
4900                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4901                         goto refill;
4902
4903 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4904                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4905                 size = nc->size;
4906 #endif
4907                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4908                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4909
4910                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4911                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4912                 offset = size - fragsz;
4913         }
4914
4915         nc->pagecnt_bias--;
4916         nc->offset = offset;
4917
4918         return nc->va + offset;
4919 }
4920 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4921
4922 /*
4923  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4924  */
4925 void page_frag_free(void *addr)
4926 {
4927         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4928
4929         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4930                 free_the_page(page, compound_order(page));
4931 }
4932 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4933
4934 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4935                 size_t size)
4936 {
4937         if (addr) {
4938                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4939                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4940
4941                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4942                 while (used < alloc_end) {
4943                         free_page(used);
4944                         used += PAGE_SIZE;
4945                 }
4946         }
4947         return (void *)addr;
4948 }
4949
4950 /**
4951  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4952  * @size: the number of bytes to allocate
4953  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4954  *
4955  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4956  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4957  * allocate memory in power-of-two pages.
4958  *
4959  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4960  *
4961  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4962  *
4963  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4964  */
4965 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4966 {
4967         unsigned int order = get_order(size);
4968         unsigned long addr;
4969
4970         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4971                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4972
4973         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4974         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4975 }
4976 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4977
4978 /**
4979  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4980  *                         pages on a node.
4981  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4982  * @size: the number of bytes to allocate
4983  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4984  *
4985  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4986  * back.
4987  *
4988  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4989  */
4990 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4991 {
4992         unsigned int order = get_order(size);
4993         struct page *p;
4994
4995         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4996                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4997
4998         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4999         if (!p)
5000                 return NULL;
5001         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5002 }
5003
5004 /**
5005  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5006  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5007  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5008  *
5009  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5010  */
5011 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5012 {
5013         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5014         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5015
5016         while (addr < end) {
5017                 free_page(addr);
5018                 addr += PAGE_SIZE;
5019         }
5020 }
5021 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5022
5023 /**
5024  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5025  * @offset: The zone index of the highest zone
5026  *
5027  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5028  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5029  * zone, the number of pages is calculated as:
5030  *
5031  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5032  *
5033  * Return: number of pages beyond high watermark.
5034  */
5035 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5036 {
5037         struct zoneref *z;
5038         struct zone *zone;
5039
5040         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5041         unsigned long sum = 0;
5042
5043         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5044
5045         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5046                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5047                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5048                 if (size > high)
5049                         sum += size - high;
5050         }
5051
5052         return sum;
5053 }
5054
5055 /**
5056  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5057  *
5058  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5059  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5060  *
5061  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5062  * ZONE_NORMAL.
5063  */
5064 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5065 {
5066         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5067 }
5068 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5069
5070 /**
5071  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5072  *
5073  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5074  * high watermark within all zones.
5075  *
5076  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5077  */
5078 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5079 {
5080         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5081 }
5082
5083 static inline void show_node(struct zone *zone)
5084 {
5085         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5086                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5087 }
5088
5089 long si_mem_available(void)
5090 {
5091         long available;
5092         unsigned long pagecache;
5093         unsigned long wmark_low = 0;
5094         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5095         unsigned long reclaimable;
5096         struct zone *zone;
5097         int lru;
5098
5099         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5100                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5101
5102         for_each_zone(zone)
5103                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5104
5105         /*
5106          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5107          * without causing swapping.
5108          */
5109         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5110
5111         /*
5112          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5113          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5114          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5115          */
5116         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5117         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5118         available += pagecache;
5119
5120         /*
5121          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5122          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5123          * low watermark.
5124          */
5125         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5126                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5127         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5128
5129         if (available < 0)
5130                 available = 0;
5131         return available;
5132 }
5133 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5134
5135 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5136 {
5137         val->totalram = totalram_pages();
5138         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5139         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5140         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5141         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5142         val->freehigh = nr_free_highpages();
5143         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5144 }
5145
5146 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5147
5148 #ifdef CONFIG_NUMA
5149 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5150 {
5151         int zone_type;          /* needs to be signed */
5152         unsigned long managed_pages = 0;
5153         unsigned long managed_highpages = 0;
5154         unsigned long free_highpages = 0;
5155         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5156
5157         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5158                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5159         val->totalram = managed_pages;
5160         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5161         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5162 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5163         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5164                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5165
5166                 if (is_highmem(zone)) {
5167                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5168                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5169                 }
5170         }
5171         val->totalhigh = managed_highpages;
5172         val->freehigh = free_highpages;
5173 #else
5174         val->totalhigh = managed_highpages;
5175         val->freehigh = free_highpages;
5176 #endif
5177         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5178 }
5179 #endif
5180
5181 /*
5182  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5183  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5184  */
5185 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5186 {
5187         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5188                 return false;
5189
5190         /*
5191          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5192          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5193          * have to be precise here.
5194          */
5195         if (!nodemask)
5196                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5197
5198         return !node_isset(nid, *nodemask);
5199 }
5200
5201 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5202
5203 static void show_migration_types(unsigned char type)
5204 {
5205         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5206                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5207                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5208                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5209                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5210 #ifdef CONFIG_CMA
5211                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5212 #endif
5213 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5214                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5215 #endif
5216         };
5217         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5218         char *p = tmp;
5219         int i;
5220
5221         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5222                 if (type & (1 << i))
5223                         *p++ = types[i];
5224         }
5225
5226         *p = '\0';
5227         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5232  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5233  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5234  *
5235  * Bits in @filter:
5236  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5237  *   cpuset.
5238  */
5239 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5240 {
5241         unsigned long free_pcp = 0;
5242         int cpu;
5243         struct zone *zone;
5244         pg_data_t *pgdat;
5245
5246         for_each_populated_zone(zone) {
5247                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5248                         continue;
5249
5250                 for_each_online_cpu(cpu)
5251                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5252         }
5253
5254         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5255                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5256                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5257                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5258                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5259                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5260                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5261                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5262                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5263                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5264                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5265                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5266                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5267                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5268                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5269                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5270                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5271                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5272                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5273                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5274                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5275                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5276                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5277                 free_pcp,
5278                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5279
5280         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5281                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5282                         continue;
5283
5284                 printk("Node %d"
5285                         " active_anon:%lukB"
5286                         " inactive_anon:%lukB"
5287                         " active_file:%lukB"
5288                         " inactive_file:%lukB"
5289                         " unevictable:%lukB"
5290                         " isolated(anon):%lukB"
5291                         " isolated(file):%lukB"
5292                         " mapped:%lukB"
5293                         " dirty:%lukB"
5294                         " writeback:%lukB"
5295                         " shmem:%lukB"
5296 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5297                         " shmem_thp: %lukB"
5298                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5299                         " anon_thp: %lukB"
5300 #endif
5301                         " writeback_tmp:%lukB"
5302                         " unstable:%lukB"
5303                         " all_unreclaimable? %s"
5304                         "\n",
5305                         pgdat->node_id,
5306                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5307                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5308                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5309                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5310                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5311                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5312                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5313                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5314                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5315                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5316                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5317 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5318                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5319                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5320                                         * HPAGE_PMD_NR),
5321                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5322 #endif
5323                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5324                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5325                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5326                                 "yes" : "no");
5327         }
5328
5329         for_each_populated_zone(zone) {
5330                 int i;
5331
5332                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5333                         continue;
5334
5335                 free_pcp = 0;
5336                 for_each_online_cpu(cpu)
5337                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5338
5339                 show_node(zone);
5340                 printk(KERN_CONT
5341                         "%s"
5342                         " free:%lukB"
5343                         " min:%lukB"
5344                         " low:%lukB"
5345                         " high:%lukB"
5346                         " active_anon:%lukB"
5347                         " inactive_anon:%lukB"
5348                         " active_file:%lukB"
5349                         " inactive_file:%lukB"
5350                         " unevictable:%lukB"
5351                         " writepending:%lukB"
5352                         " present:%lukB"
5353                         " managed:%lukB"
5354                         " mlocked:%lukB"
5355                         " kernel_stack:%lukB"
5356                         " pagetables:%lukB"
5357                         " bounce:%lukB"
5358                         " free_pcp:%lukB"
5359                         " local_pcp:%ukB"
5360                         " free_cma:%lukB"
5361                         "\n",
5362                         zone->name,
5363                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5364                         K(min_wmark_pages(zone)),
5365                         K(low_wmark_pages(zone)),
5366                         K(high_wmark_pages(zone)),
5367                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5368                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5369                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5370                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5371                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5372                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5373                         K(zone->present_pages),
5374                         K(zone_managed_pages(zone)),
5375                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5376                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5377                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5378                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5379                         K(free_pcp),
5380                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5381                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5382                 printk("lowmem_reserve[]:");
5383                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5384                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5385                 printk(KERN_CONT "\n");
5386         }
5387
5388         for_each_populated_zone(zone) {
5389                 unsigned int order;
5390                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5391                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5392
5393                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5394                         continue;
5395                 show_node(zone);
5396                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5397
5398                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5399                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5400                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5401                         int type;
5402
5403                         nr[order] = area->nr_free;
5404                         total += nr[order] << order;
5405
5406                         types[order] = 0;
5407                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5408                                 if (!free_area_empty(area, type))
5409                                         types[order] |= 1 << type;
5410                         }
5411                 }
5412                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5413                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5414                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5415                                nr[order], K(1UL) << order);
5416                         if (nr[order])
5417                                 show_migration_types(types[order]);
5418                 }
5419                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5420         }
5421
5422         hugetlb_show_meminfo();
5423
5424         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5425
5426         show_swap_cache_info();
5427 }
5428
5429 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5430 {
5431         zoneref->zone = zone;
5432         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5433 }
5434
5435 /*
5436  * Builds allocation fallback zone lists.
5437  *
5438  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5439  */
5440 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5441 {
5442         struct zone *zone;
5443         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5444         int nr_zones = 0;
5445
5446         do {
5447                 zone_type--;
5448                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5449                 if (managed_zone(zone)) {
5450                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5451                         check_highest_zone(zone_type);
5452                 }
5453         } while (zone_type);
5454
5455         return nr_zones;
5456 }
5457
5458 #ifdef CONFIG_NUMA
5459
5460 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5461 {
5462         /*
5463          * We used to support different zonlists modes but they turned
5464          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5465          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5466          * not fail it silently
5467          */
5468         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5469                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5470                 return -EINVAL;
5471         }
5472         return 0;
5473 }
5474
5475 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5476 {
5477         if (!s)
5478                 return 0;
5479
5480         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5481 }
5482 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5483
5484 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5485
5486 /*
5487  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5488  */
5489 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5490                 void __user *buffer, size_t *length,
5491                 loff_t *ppos)
5492 {
5493         char *str;
5494         int ret;
5495
5496         if (!write)
5497                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5498         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5499         if (IS_ERR(str))
5500                 return PTR_ERR(str);
5501
5502         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5503         kfree(str);
5504         return ret;
5505 }
5506
5507
5508 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5509 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5510
5511 /**
5512  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5513  * @node: node whose fallback list we're appending
5514  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5515  *
5516  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5517  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5518  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5519  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5520  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5521  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5522  * on them otherwise.
5523  *
5524  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5525  */
5526 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5527 {
5528         int n, val;
5529         int min_val = INT_MAX;
5530         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5531         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5532
5533         /* Use the local node if we haven't already */
5534         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5535                 node_set(node, *used_node_mask);
5536                 return node;
5537         }
5538
5539         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5540
5541                 /* Don't want a node to appear more than once */
5542                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5543                         continue;
5544
5545                 /* Use the distance array to find the distance */
5546                 val = node_distance(node, n);
5547
5548                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5549                 val += (n < node);
5550
5551                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5552                 tmp = cpumask_of_node(n);
5553                 if (!cpumask_empty(tmp))
5554                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5555
5556                 /* Slight preference for less loaded node */
5557                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5558                 val += node_load[n];
5559
5560                 if (val < min_val) {
5561                         min_val = val;
5562                         best_node = n;
5563                 }
5564         }
5565
5566         if (best_node >= 0)
5567                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5568
5569         return best_node;
5570 }
5571
5572
5573 /*
5574  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5575  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5576  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5577  */
5578 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5579                 unsigned nr_nodes)
5580 {
5581         struct zoneref *zonerefs;
5582         int i;
5583
5584         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5585
5586         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5587                 int nr_zones;
5588
5589                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5590
5591                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5592                 zonerefs += nr_zones;
5593         }
5594         zonerefs->zone = NULL;
5595         zonerefs->zone_idx = 0;
5596 }
5597
5598 /*
5599  * Build gfp_thisnode zonelists
5600  */
5601 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5602 {
5603         struct zoneref *zonerefs;
5604         int nr_zones;
5605
5606         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5607         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5608         zonerefs += nr_zones;
5609         zonerefs->zone = NULL;
5610         zonerefs->zone_idx = 0;
5611 }
5612
5613 /*
5614  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5615  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5616  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5617  * may still exist in local DMA zone.
5618  */
5619
5620 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5621 {
5622         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5623         int node, load, nr_nodes = 0;
5624         nodemask_t used_mask;
5625         int local_node, prev_node;
5626
5627         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5628         local_node = pgdat->node_id;
5629         load = nr_online_nodes;
5630         prev_node = local_node;
5631         nodes_clear(used_mask);
5632
5633         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5634         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5635                 /*
5636                  * We don't want to pressure a particular node.
5637                  * So adding penalty to the first node in same
5638                  * distance group to make it round-robin.
5639                  */
5640                 if (node_distance(local_node, node) !=
5641                     node_distance(local_node, prev_node))
5642                         node_load[node] = load;
5643
5644                 node_order[nr_nodes++] = node;
5645                 prev_node = node;
5646                 load--;
5647         }
5648
5649         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5650         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5651 }
5652
5653 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5654 /*
5655  * Return node id of node used for "local" allocations.
5656  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5657  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5658  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5659  */
5660 int local_memory_node(int node)
5661 {
5662         struct zoneref *z;
5663
5664         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5665                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5666                                    NULL);
5667         return zone_to_nid(z->zone);
5668 }
5669 #endif
5670
5671 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5672 static void setup_min_slab_ratio(void);
5673 #else   /* CONFIG_NUMA */
5674
5675 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5676 {
5677         int node, local_node;
5678         struct zoneref *zonerefs;
5679         int nr_zones;
5680
5681         local_node = pgdat->node_id;
5682
5683         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5684         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5685         zonerefs += nr_zones;
5686
5687         /*
5688          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5689          * of all the other nodes.
5690          * We don't want to pressure a particular node, so when
5691          * building the zones for node N, we make sure that the
5692          * zones coming right after the local ones are those from
5693          * node N+1 (modulo N)
5694          */
5695         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5696                 if (!node_online(node))
5697                         continue;
5698                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5699                 zonerefs += nr_zones;
5700         }
5701         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5702                 if (!node_online(node))
5703                         continue;
5704                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5705                 zonerefs += nr_zones;
5706         }
5707
5708         zonerefs->zone = NULL;
5709         zonerefs->zone_idx = 0;
5710 }
5711
5712 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5713
5714 /*
5715  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5716  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5717  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5718  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5719  * with interrupts disabled.
5720  *
5721  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5722  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5723  * hotplugged processors.
5724  *
5725  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5726  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5727  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5728  */
5729 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5730 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5731 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5732
5733 static void __build_all_zonelists(void *data)
5734 {
5735         int nid;
5736         int __maybe_unused cpu;
5737         pg_data_t *self = data;
5738         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5739
5740         spin_lock(&lock);
5741
5742 #ifdef CONFIG_NUMA
5743         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5744 #endif
5745
5746         /*
5747          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5748          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5749          */
5750         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5751                 build_zonelists(self);
5752         } else {
5753                 for_each_online_node(nid) {
5754                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5755
5756                         build_zonelists(pgdat);
5757                 }
5758
5759 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5760                 /*
5761                  * We now know the "local memory node" for each node--
5762                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5763                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5764                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5765                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5766                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5767                  */
5768                 for_each_online_cpu(cpu)
5769                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5770 #endif
5771         }
5772
5773         spin_unlock(&lock);
5774 }
5775
5776 static noinline void __init
5777 build_all_zonelists_init(void)
5778 {
5779         int cpu;
5780
5781         __build_all_zonelists(NULL);
5782
5783         /*
5784          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5785          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5786          * each zone will be allocated later when the per cpu
5787          * allocator is available.
5788          *
5789          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5790          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5791          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5792          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5793          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5794          * (a chicken-egg dilemma).
5795          */
5796         for_each_possible_cpu(cpu)
5797                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5798
5799         mminit_verify_zonelist();
5800         cpuset_init_current_mems_allowed();
5801 }
5802
5803 /*
5804  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5805  *
5806  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5807  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5808  */
5809 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5810 {
5811         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5812                 build_all_zonelists_init();
5813         } else {
5814                 __build_all_zonelists(pgdat);
5815                 /* cpuset refresh routine should be here */
5816         }
5817         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5818         /*
5819          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5820          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5821          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5822          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5823          * disabled and enable it later
5824          */
5825         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5826                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5827         else
5828                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5829
5830         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5831                 nr_online_nodes,
5832                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5833                 vm_total_pages);
5834 #ifdef CONFIG_NUMA
5835         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5836 #endif
5837 }
5838
5839 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5840 static bool __meminit
5841 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5842 {
5843 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5844         static struct memblock_region *r;
5845
5846         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5847                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5848                         for_each_memblock(memory, r) {
5849                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5850                                         break;
5851                         }
5852                 }
5853                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5854                     memblock_is_mirror(r)) {
5855                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5856                         return true;
5857                 }
5858         }
5859 #endif
5860         return false;
5861 }
5862
5863 /*
5864  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5865  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5866  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5867  */
5868 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5869                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5870                 struct vmem_altmap *altmap)
5871 {
5872         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5873         struct page *page;
5874
5875         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5876                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5877
5878 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5879         /*
5880          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5881          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5882          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5883          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5884          * the hotplug lock.
5885          */
5886         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5887                 if (!altmap)
5888                         return;
5889
5890                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5891                         start_pfn += altmap->reserve;
5892                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5893         }
5894 #endif
5895
5896         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5897                 /*
5898                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5899                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5900                  */
5901                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5902                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5903                                 continue;
5904                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5905                                 continue;
5906                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5907                                 continue;
5908                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5909                                 break;
5910                 }
5911
5912                 page = pfn_to_page(pfn);
5913                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5914                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5915                         __SetPageReserved(page);
5916
5917                 /*
5918                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5919                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5920                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5921                  * the address space during boot when many long-lived
5922                  * kernel allocations are made.
5923                  *
5924                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5925                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5926                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5927                  * pfn out of zone.
5928                  */
5929                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5930                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5931                         cond_resched();
5932                 }
5933         }
5934 }
5935
5936 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5937 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5938                                    unsigned long start_pfn,
5939                                    unsigned long size,
5940                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5941 {
5942         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5943         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5944         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5945         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5946         unsigned long start = jiffies;
5947         int nid = pgdat->node_id;
5948
5949         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5950                 return;
5951
5952         /*
5953          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5954          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5955          * the end of that region and start processing the device pages.
5956          */
5957         if (altmap) {
5958                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5959                 size = end_pfn - start_pfn;
5960         }
5961
5962         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5963                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5964
5965                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5966
5967                 /*
5968                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5969                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5970                  *
5971                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5972                  * the flag as we are still initializing the pages.
5973                  */
5974                 __SetPageReserved(page);
5975
5976                 /*
5977                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5978                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5979                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5980                  */
5981                 page->pgmap = pgmap;
5982                 page->zone_device_data = NULL;
5983
5984                 /*
5985                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5986                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5987                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5988                  * the address space during boot when many long-lived
5989                  * kernel allocations are made.
5990                  *
5991                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5992                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5993                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5994                  * pfn out of zone.
5995                  *
5996                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5997                  * because this is done early in section_activate()
5998                  */
5999                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6000                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6001                         cond_resched();
6002                 }
6003         }
6004
6005         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6006                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6007 }
6008
6009 #endif
6010 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6011 {
6012         unsigned int order, t;
6013         for_each_migratetype_order(order, t) {
6014                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6015                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6016         }
6017 }
6018
6019 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6020                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6021 {
6022         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6023 }
6024
6025 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6026 {
6027 #ifdef CONFIG_MMU
6028         int batch;
6029
6030         /*
6031          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6032          * size of the zone.
6033          */
6034         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6035         /* But no more than a meg. */
6036         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6037                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6038         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6039         if (batch < 1)
6040                 batch = 1;
6041
6042         /*
6043          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6044          * of 2 value was found to be more likely to have
6045          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6046          *
6047          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6048          * batches of pages, one task can end up with a lot
6049          * of pages of one half of the possible page colors
6050          * and the other with pages of the other colors.
6051          */
6052         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6053
6054         return batch;
6055
6056 #else
6057         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6058          * conditions.
6059          *
6060          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6061          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6062          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6063          *
6064          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6065          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6066          * can be a significant delay between the individual batches being
6067          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6068          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6069          */
6070         return 0;
6071 #endif
6072 }
6073
6074 /*
6075  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6076  * ->batch must never be higher then ->high.
6077  * The following function updates them in a safe manner without read side
6078  * locking.
6079  *
6080  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6081  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6082  *
6083  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6084  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6085  * exist).
6086  */
6087 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6088                 unsigned long batch)
6089 {
6090        /* start with a fail safe value for batch */
6091         pcp->batch = 1;
6092         smp_wmb();
6093
6094        /* Update high, then batch, in order */
6095         pcp->high = high;
6096         smp_wmb();
6097
6098         pcp->batch = batch;
6099 }
6100
6101 /* a companion to pageset_set_high() */
6102 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6103 {
6104         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6105 }
6106
6107 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6108 {
6109         struct per_cpu_pages *pcp;
6110         int migratetype;
6111
6112         memset(p, 0, sizeof(*p));
6113
6114         pcp = &p->pcp;
6115         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6116                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6117 }
6118
6119 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6120 {
6121         pageset_init(p);
6122         pageset_set_batch(p, batch);
6123 }
6124
6125 /*
6126  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6127  * to the value high for the pageset p.
6128  */
6129 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6130                                 unsigned long high)
6131 {
6132         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6133         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6134                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6135
6136         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6137 }
6138
6139 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6140                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6141 {
6142         if (percpu_pagelist_fraction)
6143                 pageset_set_high(pcp,
6144                         (zone_managed_pages(zone) /
6145                                 percpu_pagelist_fraction));
6146         else
6147                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6148 }
6149
6150 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6151 {
6152         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6153
6154         pageset_init(pcp);
6155         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6156 }
6157
6158 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6159 {
6160         int cpu;
6161         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6162         for_each_possible_cpu(cpu)
6163                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6164 }
6165
6166 /*
6167  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6168  * Before this call only boot pagesets were available.
6169  */
6170 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6171 {
6172         struct pglist_data *pgdat;
6173         struct zone *zone;
6174
6175         for_each_populated_zone(zone)
6176                 setup_zone_pageset(zone);
6177
6178         for_each_online_pgdat(pgdat)
6179                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6180                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6181 }
6182
6183 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6184 {
6185         /*
6186          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6187          * relies on the ability of the linker to provide the
6188          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6189          */
6190         zone->pageset = &boot_pageset;
6191
6192         if (populated_zone(zone))
6193                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6194                         zone->name, zone->present_pages,
6195                                          zone_batchsize(zone));
6196 }
6197
6198 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6199                                         unsigned long zone_start_pfn,
6200                                         unsigned long size)
6201 {
6202         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6203         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6204
6205         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6206                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6207
6208         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6209
6210         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6211                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6212                         pgdat->node_id,
6213                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6214                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6215
6216         zone_init_free_lists(zone);
6217         zone->initialized = 1;
6218 }
6219
6220 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6221 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6222
6223 /*
6224  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6225  */
6226 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6227                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6228 {
6229         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6230         int nid;
6231
6232         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6233                 return state->last_nid;
6234
6235         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6236         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6237                 state->last_start = start_pfn;
6238                 state->last_end = end_pfn;
6239                 state->last_nid = nid;
6240         }
6241
6242         return nid;
6243 }
6244 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6245
6246 /**
6247  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6248  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6249  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6250  *
6251  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6252  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6253  * memblock_free_early_nid() manually.
6254  */
6255 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6256 {
6257         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6258         int i, this_nid;
6259
6260         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6261                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6262                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6263
6264                 if (start_pfn < end_pfn)
6265                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6266                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6267                                         this_nid);
6268         }
6269 }
6270
6271 /**
6272  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6273  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6274  *
6275  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6276  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6277  */
6278 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6279 {
6280         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6281         int i, this_nid;
6282
6283         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6284                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6285 }
6286
6287 /**
6288  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6289  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6290  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6291  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6292  *
6293  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6294  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6295  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6296  * PFNs will be 0.
6297  */
6298 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6299                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6300 {
6301         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6302         int i;
6303
6304         *start_pfn = -1UL;
6305         *end_pfn = 0;
6306
6307         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6308                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6309                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6310         }
6311
6312         if (*start_pfn == -1UL)
6313                 *start_pfn = 0;
6314 }
6315
6316 /*
6317  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6318  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6319  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6320  */
6321 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6322 {
6323         int zone_index;
6324         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6325                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6326                         continue;
6327
6328                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6329                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6330                         break;
6331         }
6332
6333         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6334         movable_zone = zone_index;
6335 }
6336
6337 /*
6338  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6339  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6340  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6341  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6342  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6343  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6344  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6345  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6346  */
6347 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6348                                         unsigned long zone_type,
6349                                         unsigned long node_start_pfn,
6350                                         unsigned long node_end_pfn,
6351                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6352                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6353 {
6354         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6355         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6356                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6357                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6358                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6359                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6360                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6361
6362                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6363                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6364                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6365                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6366                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6367
6368                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6369                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6370                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6371         }
6372 }
6373
6374 /*
6375  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6376  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6377  */
6378 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6379                                         unsigned long zone_type,
6380                                         unsigned long node_start_pfn,
6381                                         unsigned long node_end_pfn,
6382                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6383                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6384                                         unsigned long *ignored)
6385 {
6386         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6387         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6388         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6389         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6390                 return 0;
6391
6392         /* Get the start and end of the zone */
6393         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6394         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6395         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6396                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6397                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6398
6399         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6400         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6401                 return 0;
6402
6403         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6404         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6405         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6406
6407         /* Return the spanned pages */
6408         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6409 }
6410
6411 /*
6412  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6413  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6414  */
6415 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6416                                 unsigned long range_start_pfn,
6417                                 unsigned long range_end_pfn)
6418 {
6419         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6420         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6421         int i;
6422
6423         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6424                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6425                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6426                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6427         }
6428         return nr_absent;
6429 }
6430
6431 /**
6432  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6433  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6434  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6435  *
6436  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6437  */
6438 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6439                                                         unsigned long end_pfn)
6440 {
6441         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6442 }
6443
6444 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6445 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6446                                         unsigned long zone_type,
6447                                         unsigned long node_start_pfn,
6448                                         unsigned long node_end_pfn,
6449                                         unsigned long *ignored)
6450 {
6451         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6452         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6453         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6454         unsigned long nr_absent;
6455
6456         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6457         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6458                 return 0;
6459
6460         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6461         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6462
6463         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6464                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6465                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6466         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6467
6468         /*
6469          * ZONE_MOVABLE handling.
6470          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6471          * and vice versa.
6472          */
6473         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6474                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6475                 struct memblock_region *r;
6476
6477                 for_each_memblock(memory, r) {
6478                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6479                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6480                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6481                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6482
6483                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6484                             memblock_is_mirror(r))
6485                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6486
6487                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6488                             !memblock_is_mirror(r))
6489                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6490                 }
6491         }
6492
6493         return nr_absent;
6494 }
6495
6496 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6497 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6498                                         unsigned long zone_type,
6499                                         unsigned long node_start_pfn,
6500                                         unsigned long node_end_pfn,
6501                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6502                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6503                                         unsigned long *zones_size)
6504 {
6505         unsigned int zone;
6506
6507         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6508         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6509                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6510
6511         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6512
6513         return zones_size[zone_type];
6514 }
6515
6516 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6517                                                 unsigned long zone_type,
6518                                                 unsigned long node_start_pfn,
6519                                                 unsigned long node_end_pfn,
6520                                                 unsigned long *zholes_size)
6521 {
6522         if (!zholes_size)
6523                 return 0;
6524
6525         return zholes_size[zone_type];
6526 }
6527
6528 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6529
6530 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6531                                                 unsigned long node_start_pfn,
6532                                                 unsigned long node_end_pfn,
6533                                                 unsigned long *zones_size,
6534                                                 unsigned long *zholes_size)
6535 {
6536         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6537         enum zone_type i;
6538
6539         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6540                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6541                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6542                 unsigned long size, real_size;
6543
6544                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6545                                                   node_start_pfn,
6546                                                   node_end_pfn,
6547                                                   &zone_start_pfn,
6548                                                   &zone_end_pfn,
6549                                                   zones_size);
6550                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6551                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6552                                                   zholes_size);
6553                 if (size)
6554                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6555                 else
6556                         zone->zone_start_pfn = 0;
6557                 zone->spanned_pages = size;
6558                 zone->present_pages = real_size;
6559
6560                 totalpages += size;
6561                 realtotalpages += real_size;
6562         }
6563
6564         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6565         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6566         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6567                                                         realtotalpages);
6568 }
6569
6570 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6571 /*
6572  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6573  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6574  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6575  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6576  * bytes.
6577  */
6578 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6579 {
6580         unsigned long usemapsize;
6581
6582         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6583         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6584         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6585         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6586         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6587
6588         return usemapsize / 8;
6589 }
6590
6591 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6592                                 struct zone *zone,
6593                                 unsigned long zone_start_pfn,
6594                                 unsigned long zonesize)
6595 {
6596         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6597         zone->pageblock_flags = NULL;
6598         if (usemapsize) {
6599                 zone->pageblock_flags =
6600                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6601                                             pgdat->node_id);
6602                 if (!zone->pageblock_flags)
6603                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6604                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6605         }
6606 }
6607 #else
6608 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6609                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6610 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6611
6612 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6613
6614 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6615 void __init set_pageblock_order(void)
6616 {
6617         unsigned int order;
6618
6619         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6620         if (pageblock_order)
6621                 return;
6622
6623         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6624                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6625         else
6626                 order = MAX_ORDER - 1;
6627
6628         /*
6629          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6630          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6631          * powerpc.
6632          */
6633         pageblock_order = order;
6634 }
6635 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6636
6637 /*
6638  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6639  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6640  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6641  * the kernel config
6642  */
6643 void __init set_pageblock_order(void)
6644 {
6645 }
6646
6647 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6648
6649 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6650                                                 unsigned long present_pages)
6651 {
6652         unsigned long pages = spanned_pages;
6653
6654         /*
6655          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6656          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6657          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6658          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6659          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6660          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6661          */
6662         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6663             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6664                 pages = present_pages;
6665
6666         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6667 }
6668
6669 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6670 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6671 {
6672         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6673
6674         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6675         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6676         ds_queue->split_queue_len = 0;
6677 }
6678 #else
6679 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6680 #endif
6681
6682 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6683 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6684 {
6685         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6686 }
6687 #else
6688 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6689 #endif
6690
6691 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6692 {
6693         pgdat_resize_init(pgdat);
6694
6695         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6696         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6697
6698         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6699         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6700
6701         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6702         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6703         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6704 }
6705
6706 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6707                                                         unsigned long remaining_pages)
6708 {
6709         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6710         zone_set_nid(zone, nid);
6711         zone->name = zone_names[idx];
6712         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6713         spin_lock_init(&zone->lock);
6714         zone_seqlock_init(zone);
6715         zone_pcp_init(zone);
6716 }
6717
6718 /*
6719  * Set up the zone data structures
6720  * - init pgdat internals
6721  * - init all zones belonging to this node
6722  *
6723  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6724  */
6725 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6726 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6727 {
6728         enum zone_type z;
6729         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6730
6731         pgdat_init_internals(pgdat);
6732         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6733                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6734 }
6735 #endif
6736
6737 /*
6738  * Set up the zone data structures:
6739  *   - mark all pages reserved
6740  *   - mark all memory queues empty
6741  *   - clear the memory bitmaps
6742  *
6743  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6744  * NOTE: this function is only called during early init.
6745  */
6746 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6747 {
6748         enum zone_type j;
6749         int nid = pgdat->node_id;
6750
6751         pgdat_init_internals(pgdat);
6752         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6753
6754         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6755                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6756                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6757                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6758
6759                 size = zone->spanned_pages;
6760                 freesize = zone->present_pages;
6761
6762                 /*
6763                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6764                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6765                  * and per-cpu initialisations
6766                  */
6767                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6768                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6769                         if (freesize >= memmap_pages) {
6770                                 freesize -= memmap_pages;
6771                                 if (memmap_pages)
6772                                         printk(KERN_DEBUG
6773                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6774                                                zone_names[j], memmap_pages);
6775                         } else
6776                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6777                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6778                 }
6779
6780                 /* Account for reserved pages */
6781                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6782                         freesize -= dma_reserve;
6783                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6784                                         zone_names[0], dma_reserve);
6785                 }
6786
6787                 if (!is_highmem_idx(j))
6788                         nr_kernel_pages += freesize;
6789                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6790                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6791                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6792                 nr_all_pages += freesize;
6793
6794                 /*
6795                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6796                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6797                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6798                  */
6799                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6800
6801                 if (!size)
6802                         continue;
6803
6804                 set_pageblock_order();
6805                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6806                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6807                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6808         }
6809 }
6810
6811 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6812 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6813 {
6814         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6815         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6816
6817         /* Skip empty nodes */
6818         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6819                 return;
6820
6821         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6822         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6823         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6824         if (!pgdat->node_mem_map) {
6825                 unsigned long size, end;
6826                 struct page *map;
6827
6828                 /*
6829                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6830                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6831                  * for the buddy allocator to function correctly.
6832                  */
6833                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6834                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6835                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6836                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6837                                           pgdat->node_id);
6838                 if (!map)
6839                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6840                               size, pgdat->node_id);
6841                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6842         }
6843         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6844                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6845                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6846 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6847         /*
6848          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6849          */
6850         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6851                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6852 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6853                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6854                         mem_map -= offset;
6855 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6856         }
6857 #endif
6858 }
6859 #else
6860 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6861 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6862
6863 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6864 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6865 {
6866         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6867 }
6868 #else
6869 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6870 #endif
6871
6872 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6873                                    unsigned long node_start_pfn,
6874                                    unsigned long *zholes_size)
6875 {
6876         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6877         unsigned long start_pfn = 0;
6878         unsigned long end_pfn = 0;
6879
6880         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6881         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6882
6883         pgdat->node_id = nid;
6884         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6885         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6886 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6887         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6888         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6889                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6890                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6891 #else
6892         start_pfn = node_start_pfn;
6893 #endif
6894         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6895                                   zones_size, zholes_size);
6896
6897         alloc_node_mem_map(pgdat);
6898         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6899
6900         free_area_init_core(pgdat);
6901 }
6902
6903 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6904 /*
6905  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6906  * pages zeroed
6907  */
6908 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6909 {
6910         unsigned long pfn;
6911         u64 pgcnt = 0;
6912
6913         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6914                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6915                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6916                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6917                         continue;
6918                 }
6919                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6920                 pgcnt++;
6921         }
6922
6923         return pgcnt;
6924 }
6925
6926 /*
6927  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6928  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6929  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6930  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6931  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6932  *
6933  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6934  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6935  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6936  * layout is manually configured via memmap=.
6937  */
6938 void __init zero_resv_unavail(void)
6939 {
6940         phys_addr_t start, end;
6941         u64 i, pgcnt;
6942         phys_addr_t next = 0;
6943
6944         /*
6945          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6946          */
6947         pgcnt = 0;
6948         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6949                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6950                 if (next < start)
6951                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6952                 next = end;
6953         }
6954         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6955
6956         /*
6957          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6958          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6959          */
6960         if (pgcnt)
6961                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6962 }
6963 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6964
6965 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6966
6967 #if MAX_NUMNODES > 1
6968 /*
6969  * Figure out the number of possible node ids.
6970  */
6971 void __init setup_nr_node_ids(void)
6972 {
6973         unsigned int highest;
6974
6975         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6976         nr_node_ids = highest + 1;
6977 }
6978 #endif
6979
6980 /**
6981  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6982  *
6983  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6984  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6985  * all the nodes.
6986  *
6987  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6988  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6989  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6990  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6991  *
6992  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6993  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6994  * populated node map.
6995  *
6996  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6997  * requirement (single node).
6998  */
6999 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7000 {
7001         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7002         unsigned long start, end, mask;
7003         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7004         int i, nid;
7005
7006         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7007                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7008                         last_nid = nid;
7009                         last_end = end;
7010                         continue;
7011                 }
7012
7013                 /*
7014                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7015                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7016                  * too coarse to separate the current node from the last.
7017                  */
7018                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7019                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7020                         mask <<= 1;
7021
7022                 /* accumulate all internode masks */
7023                 accl_mask |= mask;
7024         }
7025
7026         /* convert mask to number of pages */
7027         return ~accl_mask + 1;
7028 }
7029
7030 /* Find the lowest pfn for a node */
7031 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7032 {
7033         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7034         unsigned long start_pfn;
7035         int i;
7036
7037         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7038                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7039
7040         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7041                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7042                 return 0;
7043         }
7044
7045         return min_pfn;
7046 }
7047
7048 /**
7049  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7050  *
7051  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7052  * memblock_set_node().
7053  */
7054 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7055 {
7056         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7057 }
7058
7059 /*
7060  * early_calculate_totalpages()
7061  * Sum pages in active regions for movable zone.
7062  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7063  */
7064 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7065 {
7066         unsigned long totalpages = 0;
7067         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7068         int i, nid;
7069
7070         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7071                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7072
7073                 totalpages += pages;
7074                 if (pages)
7075                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7076         }
7077         return totalpages;
7078 }
7079
7080 /*
7081  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7082  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7083  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7084  * others
7085  */
7086 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7087 {
7088         int i, nid;
7089         unsigned long usable_startpfn;
7090         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7091         /* save the state before borrow the nodemask */
7092         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7093         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7094         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7095         struct memblock_region *r;
7096
7097         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7098         find_usable_zone_for_movable();
7099
7100         /*
7101          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7102          * options.
7103          */
7104         if (movable_node_is_enabled()) {
7105                 for_each_memblock(memory, r) {
7106                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7107                                 continue;
7108
7109                         nid = r->nid;
7110
7111                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7112                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7113                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7114                                 usable_startpfn;
7115                 }
7116
7117                 goto out2;
7118         }
7119
7120         /*
7121          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7122          */
7123         if (mirrored_kernelcore) {
7124                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7125
7126                 for_each_memblock(memory, r) {
7127                         if (memblock_is_mirror(r))
7128                                 continue;
7129
7130                         nid = r->nid;
7131
7132                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7133
7134                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7135                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7136                                 continue;
7137                         }
7138
7139                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7140                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7141                                 usable_startpfn;
7142                 }
7143
7144                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7145                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7146
7147                 goto out2;
7148         }
7149
7150         /*
7151          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7152          * amount of necessary memory.
7153          */
7154         if (required_kernelcore_percent)
7155                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7156                                        10000UL;
7157         if (required_movablecore_percent)
7158                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7159                                         10000UL;
7160
7161         /*
7162          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7163          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7164          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7165          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7166          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7167          * what movablecore would have allowed.
7168          */
7169         if (required_movablecore) {
7170                 unsigned long corepages;
7171
7172                 /*
7173                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7174                  * was requested by the user
7175                  */
7176                 required_movablecore =
7177                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7178                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7179                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7180
7181                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7182         }
7183
7184         /*
7185          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7186          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7187          */
7188         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7189                 goto out;
7190
7191         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7192         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7193
7194 restart:
7195         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7196         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7197         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7198                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7199
7200                 /*
7201                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7202                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7203                  * amount of memory for the kernel
7204                  */
7205                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7206                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7207
7208                 /*
7209                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7210                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7211                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7212                  */
7213                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7214
7215                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7216                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7217                         unsigned long size_pages;
7218
7219                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7220                         if (start_pfn >= end_pfn)
7221                                 continue;
7222
7223                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7224                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7225                                 unsigned long kernel_pages;
7226                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7227                                                                 - start_pfn;
7228
7229                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7230                                                         kernelcore_remaining);
7231                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7232                                                         required_kernelcore);
7233
7234                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7235                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7236
7237                                         /*
7238                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7239                                          * that if we have to rebalance
7240                                          * kernelcore across nodes, we will
7241                                          * not double account here
7242                                          */
7243                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7244                                         continue;
7245                                 }
7246                                 start_pfn = usable_startpfn;
7247                         }
7248
7249                         /*
7250                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7251                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7252                          * number of pages used as kernelcore
7253                          */
7254                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7255                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7256                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7257                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7258
7259                         /*
7260                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7261                          * break if the kernelcore for this node has been
7262                          * satisfied
7263                          */
7264                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7265                                                                 size_pages);
7266                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7267                         if (!kernelcore_remaining)
7268                                 break;
7269                 }
7270         }
7271
7272         /*
7273          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7274          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7275          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7276          * satisfied
7277          */
7278         usable_nodes--;
7279         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7280                 goto restart;
7281
7282 out2:
7283         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7284         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7285                 zone_movable_pfn[nid] =
7286                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7287
7288 out:
7289         /* restore the node_state */
7290         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7291 }
7292
7293 /* Any regular or high memory on that node ? */
7294 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7295 {
7296         enum zone_type zone_type;
7297
7298         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7299                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7300                 if (populated_zone(zone)) {
7301                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7302                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7303                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7304                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7305                         break;
7306                 }
7307         }
7308 }
7309
7310 /**
7311  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7312  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7313  *
7314  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7315  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7316  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7317  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7318  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7319  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7320  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7321  * at arch_max_dma_pfn.
7322  */
7323 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7324 {
7325         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7326         int i, nid;
7327
7328         /* Record where the zone boundaries are */
7329         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7330                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7331         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7332                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7333
7334         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7335
7336         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7337                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7338                         continue;
7339
7340                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7341                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7342                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7343
7344                 start_pfn = end_pfn;
7345         }
7346
7347         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7348         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7349         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7350
7351         /* Print out the zone ranges */
7352         pr_info("Zone ranges:\n");
7353         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7354                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7355                         continue;
7356                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7357                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7358                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7359                         pr_cont("empty\n");
7360                 else
7361                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7362                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7363                                         << PAGE_SHIFT,
7364                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7365                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7366         }
7367
7368         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7369         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7370         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7371                 if (zone_movable_pfn[i])
7372                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7373                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7374         }
7375
7376         /*
7377          * Print out the early node map, and initialize the
7378          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7379          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7380          */
7381         pr_info("Early memory node ranges\n");
7382         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7383                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7384                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7385                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7386                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7387         }
7388
7389         /* Initialise every node */
7390         mminit_verify_pageflags_layout();
7391         setup_nr_node_ids();
7392         zero_resv_unavail();
7393         for_each_online_node(nid) {
7394                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7395                 free_area_init_node(nid, NULL,
7396                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7397
7398                 /* Any memory on that node */
7399                 if (pgdat->node_present_pages)
7400                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7401                 check_for_memory(pgdat, nid);
7402         }
7403 }
7404
7405 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7406                                      unsigned long *percent)
7407 {
7408         unsigned long long coremem;
7409         char *endptr;
7410
7411         if (!p)
7412                 return -EINVAL;
7413
7414         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7415         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7416         if (*endptr == '%') {
7417                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7418                 WARN_ON(coremem > 100);
7419
7420                 *percent = coremem;
7421         } else {
7422                 coremem = memparse(p, &p);
7423                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7424                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7425
7426                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7427                 *percent = 0UL;
7428         }
7429         return 0;
7430 }
7431
7432 /*
7433  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7434  * cannot be reclaimed or migrated.
7435  */
7436 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7437 {
7438         /* parse kernelcore=mirror */
7439         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7440                 mirrored_kernelcore = true;
7441                 return 0;
7442         }
7443
7444         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7445                                   &required_kernelcore_percent);
7446 }
7447
7448 /*
7449  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7450  * can be reclaimed or migrated.
7451  */
7452 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7453 {
7454         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7455                                   &required_movablecore_percent);
7456 }
7457
7458 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7459 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7460
7461 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7462
7463 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7464 {
7465         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7466         totalram_pages_add(count);
7467 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7468         if (PageHighMem(page))
7469                 totalhigh_pages_add(count);
7470 #endif
7471 }
7472 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7473
7474 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7475 {
7476         void *pos;
7477         unsigned long pages = 0;
7478
7479         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7480         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7481         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7482                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7483                 void *direct_map_addr;
7484
7485                 /*
7486                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7487                  * because some architectures' virt_to_page()
7488                  * work with aliases.  Getting the direct map
7489                  * address ensures that we get a _writeable_
7490                  * alias for the memset().
7491                  */
7492                 direct_map_addr = page_address(page);
7493                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7494                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7495
7496                 free_reserved_page(page);
7497         }
7498
7499         if (pages && s)
7500                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7501                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7502
7503         return pages;
7504 }
7505
7506 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7507 void free_highmem_page(struct page *page)
7508 {
7509         __free_reserved_page(page);
7510         totalram_pages_inc();
7511         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7512         totalhigh_pages_inc();
7513 }
7514 #endif
7515
7516
7517 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7518 {
7519         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7520         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7521
7522         physpages = get_num_physpages();
7523         codesize = _etext - _stext;
7524         datasize = _edata - _sdata;
7525         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7526         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7527         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7528         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7529
7530         /*
7531          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7532          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7533          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7534          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7535          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7536          */
7537 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7538         do { \
7539                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7540                         size -= adj; \
7541         } while (0)
7542
7543         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7544                      _sinittext, init_code_size);
7545         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7546         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7547         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7548         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7549
7550 #undef  adj_init_size
7551
7552         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7553 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7554                 ", %luK highmem"
7555 #endif
7556                 "%s%s)\n",
7557                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7558                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7559                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7560                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7561                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7562                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7563 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7564                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7565 #endif
7566                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7567 }
7568
7569 /**
7570  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7571  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7572  *
7573  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7574  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7575  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7576  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7577  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7578  * smaller per-cpu batchsize.
7579  */
7580 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7581 {
7582         dma_reserve = new_dma_reserve;
7583 }
7584
7585 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7586 {
7587         zero_resv_unavail();
7588         free_area_init_node(0, zones_size,
7589                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7590 }
7591
7592 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7593 {
7594
7595         lru_add_drain_cpu(cpu);
7596         drain_pages(cpu);
7597
7598         /*
7599          * Spill the event counters of the dead processor
7600          * into the current processors event counters.
7601          * This artificially elevates the count of the current
7602          * processor.
7603          */
7604         vm_events_fold_cpu(cpu);
7605
7606         /*
7607          * Zero the differential counters of the dead processor
7608          * so that the vm statistics are consistent.
7609          *
7610          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7611          * race with what we are doing.
7612          */
7613         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7614         return 0;
7615 }
7616
7617 #ifdef CONFIG_NUMA
7618 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7619
7620 static int __init set_hashdist(char *str)
7621 {
7622         if (!str)
7623                 return 0;
7624         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7625         return 1;
7626 }
7627 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7628 #endif
7629
7630 void __init page_alloc_init(void)
7631 {
7632         int ret;
7633
7634 #ifdef CONFIG_NUMA
7635         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7636                 hashdist = 0;
7637 #endif
7638
7639         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7640                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7641                                         page_alloc_cpu_dead);
7642         WARN_ON(ret < 0);
7643 }
7644
7645 /*
7646  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7647  *      or min_free_kbytes changes.
7648  */
7649 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7650 {
7651         struct pglist_data *pgdat;
7652         unsigned long reserve_pages = 0;
7653         enum zone_type i, j;
7654
7655         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7656
7657                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7658
7659                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7660                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7661                         long max = 0;
7662                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7663
7664                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7665                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7666                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7667                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7668                         }
7669
7670                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7671                         max += high_wmark_pages(zone);
7672
7673                         if (max > managed_pages)
7674                                 max = managed_pages;
7675
7676                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7677
7678                         reserve_pages += max;
7679                 }
7680         }
7681         totalreserve_pages = reserve_pages;
7682 }
7683
7684 /*
7685  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7686  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7687  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7688  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7689  */
7690 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7691 {
7692         struct pglist_data *pgdat;
7693         enum zone_type j, idx;
7694
7695         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7696                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7697                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7698                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7699
7700                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7701
7702                         idx = j;
7703                         while (idx) {
7704                                 struct zone *lower_zone;
7705
7706                                 idx--;
7707                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7708
7709                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7710                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7711                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7712                                 } else {
7713                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7714                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7715                                 }
7716                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7717                         }
7718                 }
7719         }
7720
7721         /* update totalreserve_pages */
7722         calculate_totalreserve_pages();
7723 }
7724
7725 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7726 {
7727         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7728         unsigned long lowmem_pages = 0;
7729         struct zone *zone;
7730         unsigned long flags;
7731
7732         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7733         for_each_zone(zone) {
7734                 if (!is_highmem(zone))
7735                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7736         }
7737
7738         for_each_zone(zone) {
7739                 u64 tmp;
7740
7741                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7742                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7743                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7744                 if (is_highmem(zone)) {
7745                         /*
7746                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7747                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7748                          * value here.
7749                          *
7750                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7751                          * deltas control async page reclaim, and so should
7752                          * not be capped for highmem.
7753                          */
7754                         unsigned long min_pages;
7755
7756                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7757                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7758                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7759                 } else {
7760                         /*
7761                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7762                          * proportionate to the zone's size.
7763                          */
7764                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7765                 }
7766
7767                 /*
7768                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7769                  * scale factor in proportion to available memory, but
7770                  * ensure a minimum size on small systems.
7771                  */
7772                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7773                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7774                                       watermark_scale_factor, 10000));
7775
7776                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7777                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7778                 zone->watermark_boost = 0;
7779
7780                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7781         }
7782
7783         /* update totalreserve_pages */
7784         calculate_totalreserve_pages();
7785 }
7786
7787 /**
7788  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7789  * or when memory is hot-{added|removed}
7790  *
7791  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7792  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7793  */
7794 void setup_per_zone_wmarks(void)
7795 {
7796         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7797
7798         spin_lock(&lock);
7799         __setup_per_zone_wmarks();
7800         spin_unlock(&lock);
7801 }
7802
7803 /*
7804  * Initialise min_free_kbytes.
7805  *
7806  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7807  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7808  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7809  *
7810  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7811  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7812  *
7813  * which yields
7814  *
7815  * 16MB:        512k
7816  * 32MB:        724k
7817  * 64MB:        1024k
7818  * 128MB:       1448k
7819  * 256MB:       2048k
7820  * 512MB:       2896k
7821  * 1024MB:      4096k
7822  * 2048MB:      5792k
7823  * 4096MB:      8192k
7824  * 8192MB:      11584k
7825  * 16384MB:     16384k
7826  */
7827 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7828 {
7829         unsigned long lowmem_kbytes;
7830         int new_min_free_kbytes;
7831
7832         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7833         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7834
7835         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7836                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7837                 if (min_free_kbytes < 128)
7838                         min_free_kbytes = 128;
7839                 if (min_free_kbytes > 65536)
7840                         min_free_kbytes = 65536;
7841         } else {
7842                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7843                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7844         }
7845         setup_per_zone_wmarks();
7846         refresh_zone_stat_thresholds();
7847         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7848
7849 #ifdef CONFIG_NUMA
7850         setup_min_unmapped_ratio();
7851         setup_min_slab_ratio();
7852 #endif
7853
7854         return 0;
7855 }
7856 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7857
7858 /*
7859  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7860  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7861  *      changes.
7862  */
7863 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7864         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7865 {
7866         int rc;
7867
7868         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7869         if (rc)
7870                 return rc;
7871
7872         if (write) {
7873                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7874                 setup_per_zone_wmarks();
7875         }
7876         return 0;
7877 }
7878
7879 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7881 {
7882         int rc;
7883
7884         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7885         if (rc)
7886                 return rc;
7887
7888         return 0;
7889 }
7890
7891 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7892         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7893 {
7894         int rc;
7895
7896         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7897         if (rc)
7898                 return rc;
7899
7900         if (write)
7901                 setup_per_zone_wmarks();
7902
7903         return 0;
7904 }
7905
7906 #ifdef CONFIG_NUMA
7907 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7908 {
7909         pg_data_t *pgdat;
7910         struct zone *zone;
7911
7912         for_each_online_pgdat(pgdat)
7913                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7914
7915         for_each_zone(zone)
7916                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7917                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7918 }
7919
7920
7921 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7922         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7923 {
7924         int rc;
7925
7926         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7927         if (rc)
7928                 return rc;
7929
7930         setup_min_unmapped_ratio();
7931
7932         return 0;
7933 }
7934
7935 static void setup_min_slab_ratio(void)
7936 {
7937         pg_data_t *pgdat;
7938         struct zone *zone;
7939
7940         for_each_online_pgdat(pgdat)
7941                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7942
7943         for_each_zone(zone)
7944                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7945                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7946 }
7947
7948 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7949         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7950 {
7951         int rc;
7952
7953         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7954         if (rc)
7955                 return rc;
7956
7957         setup_min_slab_ratio();
7958
7959         return 0;
7960 }
7961 #endif
7962
7963 /*
7964  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7965  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7966  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7967  *
7968  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7969  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7970  * if in function of the boot time zone sizes.
7971  */
7972 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7973         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7974 {
7975         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7976         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7977         return 0;
7978 }
7979
7980 /*
7981  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7982  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7983  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7984  */
7985 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7986         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7987 {
7988         struct zone *zone;
7989         int old_percpu_pagelist_fraction;
7990         int ret;
7991
7992         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7993         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7994
7995         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7996         if (!write || ret < 0)
7997                 goto out;
7998
7999         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8000         if (percpu_pagelist_fraction &&
8001             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8002                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8003                 ret = -EINVAL;
8004                 goto out;
8005         }
8006
8007         /* No change? */
8008         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8009                 goto out;
8010
8011         for_each_populated_zone(zone) {
8012                 unsigned int cpu;
8013
8014                 for_each_possible_cpu(cpu)
8015                         pageset_set_high_and_batch(zone,
8016                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8017         }
8018 out:
8019         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8020         return ret;
8021 }
8022
8023 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8024 /*
8025  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8026  * is not known to alloc_large_system_hash().
8027  */
8028 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8029 {
8030         return 0;
8031 }
8032 #endif
8033
8034 /*
8035  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8036  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8037  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8038  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8039  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8040  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8041  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8042  */
8043 #if __BITS_PER_LONG > 32
8044 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8045 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8046 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8047 #endif
8048
8049 /*
8050  * allocate a large system hash table from bootmem
8051  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8052  *   quantity of entries
8053  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8054  */
8055 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8056                                      unsigned long bucketsize,
8057                                      unsigned long numentries,
8058                                      int scale,
8059                                      int flags,
8060                                      unsigned int *_hash_shift,
8061                                      unsigned int *_hash_mask,
8062                                      unsigned long low_limit,
8063                                      unsigned long high_limit)
8064 {
8065         unsigned long long max = high_limit;
8066         unsigned long log2qty, size;
8067         void *table = NULL;
8068         gfp_t gfp_flags;
8069         bool virt;
8070
8071         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8072         if (!numentries) {
8073                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8074                 numentries = nr_kernel_pages;
8075                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8076
8077                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8078                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8079                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8080
8081 #if __BITS_PER_LONG > 32
8082                 if (!high_limit) {
8083                         unsigned long adapt;
8084
8085                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8086                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8087                                 scale++;
8088                 }
8089 #endif
8090
8091                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8092                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8093                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8094                 else
8095                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8096
8097                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8098                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8099                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8100                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8101                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8102                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8103                                 BUG_ON(!numentries);
8104                         }
8105                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8106                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8107         }
8108         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8109
8110         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8111         if (max == 0) {
8112                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8113                 do_div(max, bucketsize);
8114         }
8115         max = min(max, 0x80000000ULL);
8116
8117         if (numentries < low_limit)
8118                 numentries = low_limit;
8119         if (numentries > max)
8120                 numentries = max;
8121
8122         log2qty = ilog2(numentries);
8123
8124         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8125         do {
8126                 virt = false;
8127                 size = bucketsize << log2qty;
8128                 if (flags & HASH_EARLY) {
8129                         if (flags & HASH_ZERO)
8130                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8131                         else
8132                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8133                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8134                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8135                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8136                         virt = true;
8137                 } else {
8138                         /*
8139                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8140                          * some pages at the end of hash table which
8141                          * alloc_pages_exact() automatically does
8142                          */
8143                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8144                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8145                 }
8146         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8147
8148         if (!table)
8149                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8150
8151         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8152                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8153                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8154
8155         if (_hash_shift)
8156                 *_hash_shift = log2qty;
8157         if (_hash_mask)
8158                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8159
8160         return table;
8161 }
8162
8163 /*
8164  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8165  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8166  *
8167  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8168  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8169  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8170  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8171  */
8172 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8173                          int migratetype, int flags)
8174 {
8175         unsigned long found;
8176         unsigned long iter = 0;
8177         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8178         const char *reason = "unmovable page";
8179
8180         /*
8181          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8182          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8183          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8184          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8185          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8186          */
8187
8188         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8189                 /*
8190                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8191                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8192                  * so consider them movable here.
8193                  */
8194                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8195                         return false;
8196
8197                 reason = "CMA page";
8198                 goto unmovable;
8199         }
8200
8201         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8202                 unsigned long check = pfn + iter;
8203
8204                 if (!pfn_valid_within(check))
8205                         continue;
8206
8207                 page = pfn_to_page(check);
8208
8209                 if (PageReserved(page))
8210                         goto unmovable;
8211
8212                 /*
8213                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8214                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8215                  * is movable.
8216                  */
8217                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8218                         continue;
8219
8220                 /*
8221                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8222                  * We need not scan over tail pages because we don't
8223                  * handle each tail page individually in migration.
8224                  */
8225                 if (PageHuge(page)) {
8226                         struct page *head = compound_head(page);
8227                         unsigned int skip_pages;
8228
8229                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8230                                 goto unmovable;
8231
8232                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8233                         iter += skip_pages - 1;
8234                         continue;
8235                 }
8236
8237                 /*
8238                  * We can't use page_count without pin a page
8239                  * because another CPU can free compound page.
8240                  * This check already skips compound tails of THP
8241                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8242                  */
8243                 if (!page_ref_count(page)) {
8244                         if (PageBuddy(page))
8245                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8246                         continue;
8247                 }
8248
8249                 /*
8250                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8251                  * page_count() is not 0.
8252                  */
8253                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8254                         continue;
8255
8256                 if (__PageMovable(page))
8257                         continue;
8258
8259                 if (!PageLRU(page))
8260                         found++;
8261                 /*
8262                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8263                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8264                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8265                  */
8266                 /*
8267                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8268                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8269                  *
8270                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8271                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8272                  * page at boot.
8273                  */
8274                 if (found > count)
8275                         goto unmovable;
8276         }
8277         return false;
8278 unmovable:
8279         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8280         if (flags & REPORT_FAILURE)
8281                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8282         return true;
8283 }
8284
8285 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8286 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8287 {
8288         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8289                              pageblock_nr_pages) - 1);
8290 }
8291
8292 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8293 {
8294         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8295                                 pageblock_nr_pages));
8296 }
8297
8298 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8299 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8300                                         unsigned long start, unsigned long end)
8301 {
8302         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8303         unsigned long nr_reclaimed;
8304         unsigned long pfn = start;
8305         unsigned int tries = 0;
8306         int ret = 0;
8307
8308         migrate_prep();
8309
8310         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8311                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8312                         ret = -EINTR;
8313                         break;
8314                 }
8315
8316                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8317                         cc->nr_migratepages = 0;
8318                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8319                         if (!pfn) {
8320                                 ret = -EINTR;
8321                                 break;
8322                         }
8323                         tries = 0;
8324                 } else if (++tries == 5) {
8325                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8326                         break;
8327                 }
8328
8329                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8330                                                         &cc->migratepages);
8331                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8332
8333                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8334                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8335         }
8336         if (ret < 0) {
8337                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8338                 return ret;
8339         }
8340         return 0;
8341 }
8342
8343 /**
8344  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8345  * @start:      start PFN to allocate
8346  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8347  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8348  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8349  *                      in range must have the same migratetype and it must
8350  *                      be either of the two.
8351  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8352  *
8353  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8354  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8355  *
8356  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8357  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8358  * be modified by others.
8359  *
8360  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8361  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8362  * need to be freed with free_contig_range().
8363  */
8364 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8365                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8366 {
8367         unsigned long outer_start, outer_end;
8368         unsigned int order;
8369         int ret = 0;
8370
8371         struct compact_control cc = {
8372                 .nr_migratepages = 0,
8373                 .order = -1,
8374                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8375                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8376                 .ignore_skip_hint = true,
8377                 .no_set_skip_hint = true,
8378                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8379         };
8380         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8381
8382         /*
8383          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8384          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8385          * have different sizes, and due to the way page allocator
8386          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8387          * that page allocator won't try to merge buddies from
8388          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8389          * other migration type.
8390          *
8391          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8392          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8393          * we are interested in).  This will put all the pages in
8394          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8395          *
8396          * When this is done, we take the pages in range from page
8397          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8398          * page allocator will never consider using them.
8399          *
8400          * This lets us mark the pageblocks back as
8401          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8402          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8403          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8404          */
8405
8406         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8407                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8408         if (ret < 0)
8409                 return ret;
8410
8411         /*
8412          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8413          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8414          * which will report the busy page.
8415          *
8416          * It is possible that busy pages could become available before
8417          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8418          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8419          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8420          */
8421         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8422         if (ret && ret != -EBUSY)
8423                 goto done;
8424         ret =0;
8425
8426         /*
8427          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8428          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8429          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8430          * What we are going to do is to allocate all pages from
8431          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8432          *
8433          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8434          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8435          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8436          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8437          * once this is done free the pages we are not interested in.
8438          *
8439          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8440          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8441          */
8442
8443         lru_add_drain_all();
8444
8445         order = 0;
8446         outer_start = start;
8447         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8448                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8449                         outer_start = start;
8450                         break;
8451                 }
8452                 outer_start &= ~0UL << order;
8453         }
8454
8455         if (outer_start != start) {
8456                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8457
8458                 /*
8459                  * outer_start page could be small order buddy page and
8460                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8461                  * in this case to report failed page properly
8462                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8463                  */
8464                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8465                         outer_start = start;
8466         }
8467
8468         /* Make sure the range is really isolated. */
8469         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8470                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8471                         __func__, outer_start, end);
8472                 ret = -EBUSY;
8473                 goto done;
8474         }
8475
8476         /* Grab isolated pages from freelists. */
8477         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8478         if (!outer_end) {
8479                 ret = -EBUSY;
8480                 goto done;
8481         }
8482
8483         /* Free head and tail (if any) */
8484         if (start != outer_start)
8485                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8486         if (end != outer_end)
8487                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8488
8489 done:
8490         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8491                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8492         return ret;
8493 }
8494 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8495
8496 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8497 {
8498         unsigned int count = 0;
8499
8500         for (; nr_pages--; pfn++) {
8501                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8502
8503                 count += page_count(page) != 1;
8504                 __free_page(page);
8505         }
8506         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8507 }
8508
8509 /*
8510  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8511  * page high values need to be recalulated.
8512  */
8513 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8514 {
8515         unsigned cpu;
8516         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8517         for_each_possible_cpu(cpu)
8518                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8519                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8520         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8521 }
8522
8523 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8524 {
8525         unsigned long flags;
8526         int cpu;
8527         struct per_cpu_pageset *pset;
8528
8529         /* avoid races with drain_pages()  */
8530         local_irq_save(flags);
8531         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8532                 for_each_online_cpu(cpu) {
8533                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8534                         drain_zonestat(zone, pset);
8535                 }
8536                 free_percpu(zone->pageset);
8537                 zone->pageset = &boot_pageset;
8538         }
8539         local_irq_restore(flags);
8540 }
8541
8542 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8543 /*
8544  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8545  * before calling this.
8546  */
8547 unsigned long
8548 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8549 {
8550         struct page *page;
8551         struct zone *zone;
8552         unsigned int order, i;
8553         unsigned long pfn;
8554         unsigned long flags;
8555         unsigned long offlined_pages = 0;
8556
8557         /* find the first valid pfn */
8558         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8559                 if (pfn_valid(pfn))
8560                         break;
8561         if (pfn == end_pfn)
8562                 return offlined_pages;
8563
8564         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8565         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8566         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8567         pfn = start_pfn;
8568         while (pfn < end_pfn) {
8569                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8570                         pfn++;
8571                         continue;
8572                 }
8573                 page = pfn_to_page(pfn);
8574                 /*
8575                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8576                  * page_count() is not 0.
8577                  */
8578                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8579                         pfn++;
8580                         SetPageReserved(page);
8581                         offlined_pages++;
8582                         continue;
8583                 }
8584
8585                 BUG_ON(page_count(page));
8586                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8587                 order = page_order(page);
8588                 offlined_pages += 1 << order;
8589 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8590                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8591                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8592 #endif
8593                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8594                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8595                         SetPageReserved((page+i));
8596                 pfn += (1 << order);
8597         }
8598         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8599
8600         return offlined_pages;
8601 }
8602 #endif
8603
8604 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8605 {
8606         struct zone *zone = page_zone(page);
8607         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8608         unsigned long flags;
8609         unsigned int order;
8610
8611         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8612         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8613                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8614
8615                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8616                         break;
8617         }
8618         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8619
8620         return order < MAX_ORDER;
8621 }
8622
8623 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8624 /*
8625  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8626  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8627  * allocation.
8628  */
8629 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8630 {
8631         struct zone *zone = page_zone(page);
8632         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8633         unsigned long flags;
8634         unsigned int order;
8635         bool hwpoisoned = false;
8636
8637         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8638         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8639                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8640
8641                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8642                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8643                                 hwpoisoned = true;
8644                         break;
8645                 }
8646         }
8647         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8648
8649         return hwpoisoned;
8650 }
8651 #endif