57e63daf821f9a9f37e9286567613a6fbacaa8f5
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
85
86 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
87 /*
88  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
89  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
90  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
91  * defined in <linux/topology.h>.
92  */
93 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
94 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
95 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
96 #endif
97
98 /* work_structs for global per-cpu drains */
99 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
100 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
101
102 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
103 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
104 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
105 #endif
106
107 /*
108  * Array of node states.
109  */
110 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
111         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
112         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifndef CONFIG_NUMA
114         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
116         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with system_transition_mutex held
158  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
159  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
160  * with that modification).
161  */
162
163 static gfp_t saved_gfp_mask;
164
165 void pm_restore_gfp_mask(void)
166 {
167         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
168         if (saved_gfp_mask) {
169                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
170                 saved_gfp_mask = 0;
171         }
172 }
173
174 void pm_restrict_gfp_mask(void)
175 {
176         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
177         WARN_ON(saved_gfp_mask);
178         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
179         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
180 }
181
182 bool pm_suspended_storage(void)
183 {
184         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
185                 return false;
186         return true;
187 }
188 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
189
190 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
191 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
192 #endif
193
194 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
195
196 /*
197  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
198  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
199  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
200  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
201  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
202  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
203  *
204  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
205  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
206  */
207 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
209         [ZONE_DMA] = 256,
210 #endif
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
212         [ZONE_DMA32] = 256,
213 #endif
214         [ZONE_NORMAL] = 32,
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
217 #endif
218         [ZONE_MOVABLE] = 0,
219 };
220
221 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
222
223 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
225          "DMA",
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228          "DMA32",
229 #endif
230          "Normal",
231 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
232          "HighMem",
233 #endif
234          "Movable",
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
236          "Device",
237 #endif
238 };
239
240 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
241         "Unmovable",
242         "Movable",
243         "Reclaimable",
244         "HighAtomic",
245 #ifdef CONFIG_CMA
246         "CMA",
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
249         "Isolate",
250 #endif
251 };
252
253 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
254         NULL,
255         free_compound_page,
256 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
257         free_huge_page,
258 #endif
259 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
260         free_transhuge_page,
261 #endif
262 };
263
264 int min_free_kbytes = 1024;
265 int user_min_free_kbytes = -1;
266 int watermark_scale_factor = 10;
267
268 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
269 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
270 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
271
272 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
273 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
276 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
279 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
280 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
281
282 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
283 int movable_zone;
284 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
285 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
286
287 #if MAX_NUMNODES > 1
288 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
289 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
290 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
291 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
292 #endif
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /*
298  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
299  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
300  * and we can permanently disable that path.
301  */
302 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
303
304 /*
305  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
306  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
307  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
308  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
309  *
310  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
311  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
312  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
313  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
314  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
315  * initialization is done, but this is not likely to happen.
316  */
317 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
318 {
319         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
320                 kasan_free_pages(page, order);
321 }
322
323 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
324 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
325 {
326         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
327
328         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
329                 return true;
330
331         return false;
332 }
333
334 /*
335  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
336  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
337  */
338 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
339                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
340                                 unsigned long *nr_initialised)
341 {
342         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
343         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
344                 return true;
345         (*nr_initialised)++;
346         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
347             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
348                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
349                 return false;
350         }
351
352         return true;
353 }
354 #else
355 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
356
357 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
358 {
359         return false;
360 }
361
362 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
363                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
364                                 unsigned long *nr_initialised)
365 {
366         return true;
367 }
368 #endif
369
370 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
371 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
372                                                         unsigned long pfn)
373 {
374 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
375         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
376 #else
377         return page_zone(page)->pageblock_flags;
378 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
379 }
380
381 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
382 {
383 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
384         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
385         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
386 #else
387         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
388         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
389 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
390 }
391
392 /**
393  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
394  * @page: The page within the block of interest
395  * @pfn: The target page frame number
396  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
397  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
398  *
399  * Return: pageblock_bits flags
400  */
401 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
402                                         unsigned long pfn,
403                                         unsigned long end_bitidx,
404                                         unsigned long mask)
405 {
406         unsigned long *bitmap;
407         unsigned long bitidx, word_bitidx;
408         unsigned long word;
409
410         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
411         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
412         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
413         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
414
415         word = bitmap[word_bitidx];
416         bitidx += end_bitidx;
417         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
418 }
419
420 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
421                                         unsigned long end_bitidx,
422                                         unsigned long mask)
423 {
424         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
425 }
426
427 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
428 {
429         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
430 }
431
432 /**
433  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
434  * @page: The page within the block of interest
435  * @flags: The flags to set
436  * @pfn: The target page frame number
437  * @end_bitidx: The last bit of interest
438  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
439  */
440 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
441                                         unsigned long pfn,
442                                         unsigned long end_bitidx,
443                                         unsigned long mask)
444 {
445         unsigned long *bitmap;
446         unsigned long bitidx, word_bitidx;
447         unsigned long old_word, word;
448
449         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
450
451         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
452         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
453         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
454         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
455
456         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
457
458         bitidx += end_bitidx;
459         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
460         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
461
462         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
463         for (;;) {
464                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
465                 if (word == old_word)
466                         break;
467                 word = old_word;
468         }
469 }
470
471 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
472 {
473         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
474                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
475                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
476
477         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
478                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
479 }
480
481 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
482 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
483 {
484         int ret = 0;
485         unsigned seq;
486         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
487         unsigned long sp, start_pfn;
488
489         do {
490                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
491                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
492                 sp = zone->spanned_pages;
493                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
494                         ret = 1;
495         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
496
497         if (ret)
498                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
499                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
500                         start_pfn, start_pfn + sp);
501
502         return ret;
503 }
504
505 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
506 {
507         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
508                 return 0;
509         if (zone != page_zone(page))
510                 return 0;
511
512         return 1;
513 }
514 /*
515  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
516  */
517 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
518 {
519         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
520                 return 1;
521         if (!page_is_consistent(zone, page))
522                 return 1;
523
524         return 0;
525 }
526 #else
527 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
528 {
529         return 0;
530 }
531 #endif
532
533 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
534                 unsigned long bad_flags)
535 {
536         static unsigned long resume;
537         static unsigned long nr_shown;
538         static unsigned long nr_unshown;
539
540         /*
541          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
542          * or allow a steady drip of one report per second.
543          */
544         if (nr_shown == 60) {
545                 if (time_before(jiffies, resume)) {
546                         nr_unshown++;
547                         goto out;
548                 }
549                 if (nr_unshown) {
550                         pr_alert(
551                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
552                                 nr_unshown);
553                         nr_unshown = 0;
554                 }
555                 nr_shown = 0;
556         }
557         if (nr_shown++ == 0)
558                 resume = jiffies + 60 * HZ;
559
560         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
561                 current->comm, page_to_pfn(page));
562         __dump_page(page, reason);
563         bad_flags &= page->flags;
564         if (bad_flags)
565                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
566                                                 bad_flags, &bad_flags);
567         dump_page_owner(page);
568
569         print_modules();
570         dump_stack();
571 out:
572         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
573         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
574         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
575 }
576
577 /*
578  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
579  *
580  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
581  *
582  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
583  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
584  *
585  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
586  * page destructors. See compound_page_dtors.
587  *
588  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
589  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
590  */
591
592 void free_compound_page(struct page *page)
593 {
594         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
595 }
596
597 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
598 {
599         int i;
600         int nr_pages = 1 << order;
601
602         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
603         set_compound_order(page, order);
604         __SetPageHead(page);
605         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
606                 struct page *p = page + i;
607                 set_page_count(p, 0);
608                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
609                 set_compound_head(p, page);
610         }
611         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
612 }
613
614 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
615 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
616 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
617                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
618 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
619 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
620
621 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
622 {
623         if (!buf)
624                 return -EINVAL;
625         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
626 }
627 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
628
629 static bool need_debug_guardpage(void)
630 {
631         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
632         if (!debug_pagealloc_enabled())
633                 return false;
634
635         if (!debug_guardpage_minorder())
636                 return false;
637
638         return true;
639 }
640
641 static void init_debug_guardpage(void)
642 {
643         if (!debug_pagealloc_enabled())
644                 return;
645
646         if (!debug_guardpage_minorder())
647                 return;
648
649         _debug_guardpage_enabled = true;
650 }
651
652 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
653         .need = need_debug_guardpage,
654         .init = init_debug_guardpage,
655 };
656
657 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
658 {
659         unsigned long res;
660
661         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
662                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
663                 return 0;
664         }
665         _debug_guardpage_minorder = res;
666         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
667         return 0;
668 }
669 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
670
671 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return false;
678
679         if (order >= debug_guardpage_minorder())
680                 return false;
681
682         page_ext = lookup_page_ext(page);
683         if (unlikely(!page_ext))
684                 return false;
685
686         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
687
688         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
689         set_page_private(page, order);
690         /* Guard pages are not available for any usage */
691         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
692
693         return true;
694 }
695
696 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
697                                 unsigned int order, int migratetype)
698 {
699         struct page_ext *page_ext;
700
701         if (!debug_guardpage_enabled())
702                 return;
703
704         page_ext = lookup_page_ext(page);
705         if (unlikely(!page_ext))
706                 return;
707
708         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
709
710         set_page_private(page, 0);
711         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
712                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
713 }
714 #else
715 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
716 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
717                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
718 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
719                                 unsigned int order, int migratetype) {}
720 #endif
721
722 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
723 {
724         set_page_private(page, order);
725         __SetPageBuddy(page);
726 }
727
728 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
729 {
730         __ClearPageBuddy(page);
731         set_page_private(page, 0);
732 }
733
734 /*
735  * This function checks whether a page is free && is the buddy
736  * we can coalesce a page and its buddy if
737  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
738  * (b) the buddy is in the buddy system &&
739  * (c) a page and its buddy have the same order &&
740  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
741  *
742  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
743  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
744  *
745  * For recording page's order, we use page_private(page).
746  */
747 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
748                                                         unsigned int order)
749 {
750         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
751                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
752                         return 0;
753
754                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
755
756                 return 1;
757         }
758
759         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
760                 /*
761                  * zone check is done late to avoid uselessly
762                  * calculating zone/node ids for pages that could
763                  * never merge.
764                  */
765                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
766                         return 0;
767
768                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
769
770                 return 1;
771         }
772         return 0;
773 }
774
775 /*
776  * Freeing function for a buddy system allocator.
777  *
778  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
779  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
780  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
781  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
782  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
783  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
784  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
785  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
786  * parts of the VM system.
787  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
788  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
789  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
790  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
791  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
792  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
793  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
794  * triggers coalescing into a block of larger size.
795  *
796  * -- nyc
797  */
798
799 static inline void __free_one_page(struct page *page,
800                 unsigned long pfn,
801                 struct zone *zone, unsigned int order,
802                 int migratetype)
803 {
804         unsigned long combined_pfn;
805         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
806         struct page *buddy;
807         unsigned int max_order;
808
809         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
810
811         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
812         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
813
814         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
815         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
816                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
817
818         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
819         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
820
821 continue_merging:
822         while (order < max_order - 1) {
823                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
824                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
825
826                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
827                         goto done_merging;
828                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
829                         goto done_merging;
830                 /*
831                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
832                  * merge with it and move up one order.
833                  */
834                 if (page_is_guard(buddy)) {
835                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
836                 } else {
837                         list_del(&buddy->lru);
838                         zone->free_area[order].nr_free--;
839                         rmv_page_order(buddy);
840                 }
841                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
842                 page = page + (combined_pfn - pfn);
843                 pfn = combined_pfn;
844                 order++;
845         }
846         if (max_order < MAX_ORDER) {
847                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
848                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
849                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
850                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
851                  *
852                  * We don't want to hit this code for the more frequent
853                  * low-order merging.
854                  */
855                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
856                         int buddy_mt;
857
858                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
859                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
860                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
861
862                         if (migratetype != buddy_mt
863                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
864                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
865                                 goto done_merging;
866                 }
867                 max_order++;
868                 goto continue_merging;
869         }
870
871 done_merging:
872         set_page_order(page, order);
873
874         /*
875          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
876          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
877          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
878          * that is happening, add the free page to the tail of the list
879          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
880          * as a higher order page
881          */
882         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
883                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
884                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
885                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
886                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
887                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
888                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
889                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
890                         list_add_tail(&page->lru,
891                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
892                         goto out;
893                 }
894         }
895
896         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
897 out:
898         zone->free_area[order].nr_free++;
899 }
900
901 /*
902  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
903  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
904  * check if necessary.
905  */
906 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
907                                         unsigned long check_flags)
908 {
909         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
910                 return false;
911
912         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
913                         page_ref_count(page) |
914 #ifdef CONFIG_MEMCG
915                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
916 #endif
917                         (page->flags & check_flags)))
918                 return false;
919
920         return true;
921 }
922
923 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
924 {
925         const char *bad_reason;
926         unsigned long bad_flags;
927
928         bad_reason = NULL;
929         bad_flags = 0;
930
931         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
932                 bad_reason = "nonzero mapcount";
933         if (unlikely(page->mapping != NULL))
934                 bad_reason = "non-NULL mapping";
935         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
936                 bad_reason = "nonzero _refcount";
937         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
938                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
939                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
940         }
941 #ifdef CONFIG_MEMCG
942         if (unlikely(page->mem_cgroup))
943                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
944 #endif
945         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
946 }
947
948 static inline int free_pages_check(struct page *page)
949 {
950         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
951                 return 0;
952
953         /* Something has gone sideways, find it */
954         free_pages_check_bad(page);
955         return 1;
956 }
957
958 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
959 {
960         int ret = 1;
961
962         /*
963          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
964          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
965          */
966         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
967
968         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
969                 ret = 0;
970                 goto out;
971         }
972         switch (page - head_page) {
973         case 1:
974                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
975                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
976                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
977                         goto out;
978                 }
979                 break;
980         case 2:
981                 /*
982                  * the second tail page: ->mapping is
983                  * deferred_list.next -- ignore value.
984                  */
985                 break;
986         default:
987                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
988                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
989                         goto out;
990                 }
991                 break;
992         }
993         if (unlikely(!PageTail(page))) {
994                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
995                 goto out;
996         }
997         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
998                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
999                 goto out;
1000         }
1001         ret = 0;
1002 out:
1003         page->mapping = NULL;
1004         clear_compound_head(page);
1005         return ret;
1006 }
1007
1008 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1009                                         unsigned int order, bool check_free)
1010 {
1011         int bad = 0;
1012
1013         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1014
1015         trace_mm_page_free(page, order);
1016
1017         /*
1018          * Check tail pages before head page information is cleared to
1019          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1020          */
1021         if (unlikely(order)) {
1022                 bool compound = PageCompound(page);
1023                 int i;
1024
1025                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1026
1027                 if (compound)
1028                         ClearPageDoubleMap(page);
1029                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1030                         if (compound)
1031                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1032                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1033                                 bad++;
1034                                 continue;
1035                         }
1036                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1037                 }
1038         }
1039         if (PageMappingFlags(page))
1040                 page->mapping = NULL;
1041         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1042                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1043         if (check_free)
1044                 bad += free_pages_check(page);
1045         if (bad)
1046                 return false;
1047
1048         page_cpupid_reset_last(page);
1049         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1050         reset_page_owner(page, order);
1051
1052         if (!PageHighMem(page)) {
1053                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1054                                            PAGE_SIZE << order);
1055                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1056                                            PAGE_SIZE << order);
1057         }
1058         arch_free_page(page, order);
1059         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1060         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1061         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1062
1063         return true;
1064 }
1065
1066 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1067 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1070 }
1071
1072 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return false;
1075 }
1076 #else
1077 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1078 {
1079         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1080 }
1081
1082 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1083 {
1084         return free_pages_check(page);
1085 }
1086 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1087
1088 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1089 {
1090         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1091         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1092         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1093
1094         prefetch(buddy);
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Frees a number of pages from the PCP lists
1099  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1100  * count is the number of pages to free.
1101  *
1102  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1103  * see if this freeing clears that state.
1104  *
1105  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1106  * pinned" detection logic.
1107  */
1108 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1109                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1110 {
1111         int migratetype = 0;
1112         int batch_free = 0;
1113         int prefetch_nr = 0;
1114         bool isolated_pageblocks;
1115         struct page *page, *tmp;
1116         LIST_HEAD(head);
1117
1118         while (count) {
1119                 struct list_head *list;
1120
1121                 /*
1122                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1123                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1124                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1125                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1126                  * lists
1127                  */
1128                 do {
1129                         batch_free++;
1130                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1131                                 migratetype = 0;
1132                         list = &pcp->lists[migratetype];
1133                 } while (list_empty(list));
1134
1135                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1136                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1137                         batch_free = count;
1138
1139                 do {
1140                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1141                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1142                         list_del(&page->lru);
1143                         pcp->count--;
1144
1145                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1146                                 continue;
1147
1148                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1149
1150                         /*
1151                          * We are going to put the page back to the global
1152                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1153                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1154                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1155                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1156                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1157                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1158                          */
1159                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1160                                 prefetch_buddy(page);
1161                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1162         }
1163
1164         spin_lock(&zone->lock);
1165         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1166
1167         /*
1168          * Use safe version since after __free_one_page(),
1169          * page->lru.next will not point to original list.
1170          */
1171         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1172                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1173                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1174                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1175                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1176                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1177                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1178
1179                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1180                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1181         }
1182         spin_unlock(&zone->lock);
1183 }
1184
1185 static void free_one_page(struct zone *zone,
1186                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1187                                 unsigned int order,
1188                                 int migratetype)
1189 {
1190         spin_lock(&zone->lock);
1191         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1192                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1193                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1194         }
1195         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1196         spin_unlock(&zone->lock);
1197 }
1198
1199 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1200                                 unsigned long zone, int nid)
1201 {
1202         mm_zero_struct_page(page);
1203         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1204         init_page_count(page);
1205         page_mapcount_reset(page);
1206         page_cpupid_reset_last(page);
1207
1208         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1209 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1210         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1211         if (!is_highmem_idx(zone))
1212                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1213 #endif
1214 }
1215
1216 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1217 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1218 {
1219         pg_data_t *pgdat;
1220         int nid, zid;
1221
1222         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1223                 return;
1224
1225         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1226         pgdat = NODE_DATA(nid);
1227
1228         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1229                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1230
1231                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1232                         break;
1233         }
1234         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1235 }
1236 #else
1237 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1238 {
1239 }
1240 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1241
1242 /*
1243  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1244  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1245  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1246  * sent to the buddy page allocator.
1247  */
1248 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1249 {
1250         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1251         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1252
1253         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1254                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1255                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1256
1257                         init_reserved_page(start_pfn);
1258
1259                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1260                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1261
1262                         SetPageReserved(page);
1263                 }
1264         }
1265 }
1266
1267 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1268 {
1269         unsigned long flags;
1270         int migratetype;
1271         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1272
1273         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1274                 return;
1275
1276         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1277         local_irq_save(flags);
1278         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1279         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1280         local_irq_restore(flags);
1281 }
1282
1283 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1284 {
1285         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1286         struct page *p = page;
1287         unsigned int loop;
1288
1289         prefetchw(p);
1290         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1291                 prefetchw(p + 1);
1292                 __ClearPageReserved(p);
1293                 set_page_count(p, 0);
1294         }
1295         __ClearPageReserved(p);
1296         set_page_count(p, 0);
1297
1298         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1299         set_page_refcounted(page);
1300         __free_pages(page, order);
1301 }
1302
1303 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1304         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1305
1306 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1307
1308 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1309 {
1310         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1311         int nid;
1312
1313         spin_lock(&early_pfn_lock);
1314         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1315         if (nid < 0)
1316                 nid = first_online_node;
1317         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1318
1319         return nid;
1320 }
1321 #endif
1322
1323 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1324 static inline bool __meminit __maybe_unused
1325 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1326                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1327 {
1328         int nid;
1329
1330         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1331         if (nid >= 0 && nid != node)
1332                 return false;
1333         return true;
1334 }
1335
1336 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1337 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1338 {
1339         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1340 }
1341
1342 #else
1343
1344 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1345 {
1346         return true;
1347 }
1348 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1349 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1350                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1351 {
1352         return true;
1353 }
1354 #endif
1355
1356
1357 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1358                                                         unsigned int order)
1359 {
1360         if (early_page_uninitialised(pfn))
1361                 return;
1362         return __free_pages_boot_core(page, order);
1363 }
1364
1365 /*
1366  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1367  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1368  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1369  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1370  * pageblocks.
1371  *
1372  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1373  *
1374  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1375  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1376  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1377  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1378  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1379  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1380  * page in a pageblock.
1381  */
1382 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1383                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1384 {
1385         struct page *start_page;
1386         struct page *end_page;
1387
1388         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1389         end_pfn--;
1390
1391         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1392                 return NULL;
1393
1394         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1395         if (!start_page)
1396                 return NULL;
1397
1398         if (page_zone(start_page) != zone)
1399                 return NULL;
1400
1401         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1402
1403         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1404         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1405                 return NULL;
1406
1407         return start_page;
1408 }
1409
1410 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1411 {
1412         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1413         unsigned long block_end_pfn;
1414
1415         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1416         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1417                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1418                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1419
1420                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1421
1422                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1423                                              block_end_pfn, zone))
1424                         return;
1425         }
1426
1427         /* We confirm that there is no hole */
1428         zone->contiguous = true;
1429 }
1430
1431 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1432 {
1433         zone->contiguous = false;
1434 }
1435
1436 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1437 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1438                                        unsigned long nr_pages)
1439 {
1440         struct page *page;
1441         unsigned long i;
1442
1443         if (!nr_pages)
1444                 return;
1445
1446         page = pfn_to_page(pfn);
1447
1448         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1449         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1450             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1451                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1452                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1453                 return;
1454         }
1455
1456         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1457                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1458                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1459                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1460         }
1461 }
1462
1463 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1464 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1465 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1466
1467 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1468 {
1469         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1470                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1475  *
1476  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1477  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1478  * function is optimized out.
1479  *
1480  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1481  * of the head pfn.
1482  *
1483  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1484  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1485  * to this memory node.
1486  */
1487 static inline bool __init
1488 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1489                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1490 {
1491         if (!pfn_valid_within(pfn))
1492                 return false;
1493         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1494                 return false;
1495         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1496                 return false;
1497         return true;
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1502  * pageblock_nr_pages sizes.
1503  */
1504 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1505                                        unsigned long end_pfn)
1506 {
1507         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1508         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1509         unsigned long nr_free = 0;
1510
1511         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1512                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1513                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1514                         nr_free = 0;
1515                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1516                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1517                         nr_free = 1;
1518                         touch_nmi_watchdog();
1519                 } else {
1520                         nr_free++;
1521                 }
1522         }
1523         /* Free the last block of pages to allocator */
1524         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1525 }
1526
1527 /*
1528  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1529  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1530  * Return number of pages initialized.
1531  */
1532 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1533                                                  unsigned long pfn,
1534                                                  unsigned long end_pfn)
1535 {
1536         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1537         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1538         unsigned long nr_pages = 0;
1539         struct page *page = NULL;
1540
1541         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1542                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1543                         page = NULL;
1544                         continue;
1545                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1546                         page = pfn_to_page(pfn);
1547                         touch_nmi_watchdog();
1548                 } else {
1549                         page++;
1550                 }
1551                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1552                 nr_pages++;
1553         }
1554         return (nr_pages);
1555 }
1556
1557 /* Initialise remaining memory on a node */
1558 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1559 {
1560         pg_data_t *pgdat = data;
1561         int nid = pgdat->node_id;
1562         unsigned long start = jiffies;
1563         unsigned long nr_pages = 0;
1564         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1565         phys_addr_t spa, epa;
1566         int zid;
1567         struct zone *zone;
1568         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1569         u64 i;
1570
1571         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1572         if (!cpumask_empty(cpumask))
1573                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1574
1575         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1576         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1577         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1578                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1579                 pgdat_init_report_one_done();
1580                 return 0;
1581         }
1582
1583         /* Sanity check boundaries */
1584         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1585         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1586         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1587
1588         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1589         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1590                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1591                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1592                         break;
1593         }
1594         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1595
1596         /*
1597          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1598          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1599          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1600          * page in __free_one_page()).
1601          */
1602         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1603                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1604                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1605                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1606         }
1607         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1608                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1609                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1610                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1611         }
1612         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1613
1614         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1615         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1616
1617         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1618                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1619
1620         pgdat_init_report_one_done();
1621         return 0;
1622 }
1623
1624 /*
1625  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1626  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1627  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1628  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1629  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1630  *
1631  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1632  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1633  * enough pages to satisfy the allocation.
1634  *
1635  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1636  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1637  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1638  */
1639 static noinline bool __init
1640 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1641 {
1642         int zid = zone_idx(zone);
1643         int nid = zone_to_nid(zone);
1644         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1645         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1646         unsigned long nr_pages = 0;
1647         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1648         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1649         phys_addr_t spa, epa;
1650         u64 i;
1651
1652         /* Only the last zone may have deferred pages */
1653         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1654                 return false;
1655
1656         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1657
1658         /*
1659          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1660          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1661          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1662          * has this static branch.
1663          */
1664         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1665                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1666                 return true;
1667         }
1668
1669         /*
1670          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1671          * true, as there might be enough pages already.
1672          */
1673         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1674                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1675                 return true;
1676         }
1677
1678         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1679
1680         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1681                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1682                 return false;
1683         }
1684
1685         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1686                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1687                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1688
1689                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1690                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1691                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1692                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1693                                                         first_deferred_pfn);
1694                         spfn = first_deferred_pfn;
1695                 }
1696
1697                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1698                         break;
1699         }
1700
1701         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1702                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1703                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1704                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1705
1706                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1707                         break;
1708         }
1709         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1710         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1711
1712         return nr_pages > 0;
1713 }
1714
1715 /*
1716  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1717  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1718  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1719  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1720  */
1721 static bool __ref
1722 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1723 {
1724         return deferred_grow_zone(zone, order);
1725 }
1726
1727 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1728
1729 void __init page_alloc_init_late(void)
1730 {
1731         struct zone *zone;
1732
1733 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1734         int nid;
1735
1736         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1737         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1738         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1739                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1740         }
1741
1742         /* Block until all are initialised */
1743         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1744
1745         /*
1746          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1747          * on-demand struct page initialization.
1748          */
1749         static_branch_disable(&deferred_pages);
1750
1751         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1752         files_maxfiles_init();
1753 #endif
1754 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1755         /* Discard memblock private memory */
1756         memblock_discard();
1757 #endif
1758
1759         for_each_populated_zone(zone)
1760                 set_zone_contiguous(zone);
1761 }
1762
1763 #ifdef CONFIG_CMA
1764 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1765 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1766 {
1767         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1768         struct page *p = page;
1769
1770         do {
1771                 __ClearPageReserved(p);
1772                 set_page_count(p, 0);
1773         } while (++p, --i);
1774
1775         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1776
1777         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1778                 i = pageblock_nr_pages;
1779                 p = page;
1780                 do {
1781                         set_page_refcounted(p);
1782                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1783                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1784                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1785         } else {
1786                 set_page_refcounted(page);
1787                 __free_pages(page, pageblock_order);
1788         }
1789
1790         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1791 }
1792 #endif
1793
1794 /*
1795  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1796  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1797  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1798  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1799  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1800  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1801  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1802  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1803  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1804  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1805  *
1806  * -- nyc
1807  */
1808 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1809         int low, int high, struct free_area *area,
1810         int migratetype)
1811 {
1812         unsigned long size = 1 << high;
1813
1814         while (high > low) {
1815                 area--;
1816                 high--;
1817                 size >>= 1;
1818                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1819
1820                 /*
1821                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1822                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1823                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1824                  * pages will stay not present in virtual address space
1825                  */
1826                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1827                         continue;
1828
1829                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1830                 area->nr_free++;
1831                 set_page_order(&page[size], high);
1832         }
1833 }
1834
1835 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1836 {
1837         const char *bad_reason = NULL;
1838         unsigned long bad_flags = 0;
1839
1840         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1841                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1842         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1843                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1844         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1845                 bad_reason = "nonzero _count";
1846         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1847                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1848                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1849                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1850                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1851                 return;
1852         }
1853         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1854                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1855                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1856         }
1857 #ifdef CONFIG_MEMCG
1858         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1859                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1860 #endif
1861         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * This page is about to be returned from the page allocator
1866  */
1867 static inline int check_new_page(struct page *page)
1868 {
1869         if (likely(page_expected_state(page,
1870                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1871                 return 0;
1872
1873         check_new_page_bad(page);
1874         return 1;
1875 }
1876
1877 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1878 {
1879         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1880                 page_poisoning_enabled();
1881 }
1882
1883 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1884 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1885 {
1886         return false;
1887 }
1888
1889 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1890 {
1891         return check_new_page(page);
1892 }
1893 #else
1894 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1895 {
1896         return check_new_page(page);
1897 }
1898 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1899 {
1900         return false;
1901 }
1902 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1903
1904 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1905 {
1906         int i;
1907         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1908                 struct page *p = page + i;
1909
1910                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1911                         return true;
1912         }
1913
1914         return false;
1915 }
1916
1917 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1918                                 gfp_t gfp_flags)
1919 {
1920         set_page_private(page, 0);
1921         set_page_refcounted(page);
1922
1923         arch_alloc_page(page, order);
1924         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1925         kasan_alloc_pages(page, order);
1926         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1927         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1928 }
1929
1930 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1931                                                         unsigned int alloc_flags)
1932 {
1933         int i;
1934
1935         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1936
1937         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1938                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1939                         clear_highpage(page + i);
1940
1941         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1942                 prep_compound_page(page, order);
1943
1944         /*
1945          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1946          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1947          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1948          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1949          */
1950         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1951                 set_page_pfmemalloc(page);
1952         else
1953                 clear_page_pfmemalloc(page);
1954 }
1955
1956 /*
1957  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1958  * the smallest available page from the freelists
1959  */
1960 static __always_inline
1961 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1962                                                 int migratetype)
1963 {
1964         unsigned int current_order;
1965         struct free_area *area;
1966         struct page *page;
1967
1968         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1969         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1970                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1971                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1972                                                         struct page, lru);
1973                 if (!page)
1974                         continue;
1975                 list_del(&page->lru);
1976                 rmv_page_order(page);
1977                 area->nr_free--;
1978                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1979                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1980                 return page;
1981         }
1982
1983         return NULL;
1984 }
1985
1986
1987 /*
1988  * This array describes the order lists are fallen back to when
1989  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1990  */
1991 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1992         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1993         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1994         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1995 #ifdef CONFIG_CMA
1996         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1997 #endif
1998 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1999         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2000 #endif
2001 };
2002
2003 #ifdef CONFIG_CMA
2004 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2005                                         unsigned int order)
2006 {
2007         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2008 }
2009 #else
2010 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2011                                         unsigned int order) { return NULL; }
2012 #endif
2013
2014 /*
2015  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2016  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2017  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2018  */
2019 static int move_freepages(struct zone *zone,
2020                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2021                           int migratetype, int *num_movable)
2022 {
2023         struct page *page;
2024         unsigned int order;
2025         int pages_moved = 0;
2026
2027 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2028         /*
2029          * page_zone is not safe to call in this context when
2030          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2031          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2032          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2033          * grouping pages by mobility
2034          */
2035         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2036                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2037                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2038 #endif
2039
2040         if (num_movable)
2041                 *num_movable = 0;
2042
2043         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2044                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2045                         page++;
2046                         continue;
2047                 }
2048
2049                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2050                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2051
2052                 if (!PageBuddy(page)) {
2053                         /*
2054                          * We assume that pages that could be isolated for
2055                          * migration are movable. But we don't actually try
2056                          * isolating, as that would be expensive.
2057                          */
2058                         if (num_movable &&
2059                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2060                                 (*num_movable)++;
2061
2062                         page++;
2063                         continue;
2064                 }
2065
2066                 order = page_order(page);
2067                 list_move(&page->lru,
2068                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2069                 page += 1 << order;
2070                 pages_moved += 1 << order;
2071         }
2072
2073         return pages_moved;
2074 }
2075
2076 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2077                                 int migratetype, int *num_movable)
2078 {
2079         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2080         struct page *start_page, *end_page;
2081
2082         start_pfn = page_to_pfn(page);
2083         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2084         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2085         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2086         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2087
2088         /* Do not cross zone boundaries */
2089         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2090                 start_page = page;
2091         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2092                 return 0;
2093
2094         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2095                                                                 num_movable);
2096 }
2097
2098 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2099                                         int start_order, int migratetype)
2100 {
2101         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2102
2103         while (nr_pageblocks--) {
2104                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2105                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2106         }
2107 }
2108
2109 /*
2110  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2111  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2112  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2113  *
2114  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2115  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2116  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2117  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2118  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2119  * pageblocks.
2120  */
2121 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2122 {
2123         /*
2124          * Leaving this order check is intended, although there is
2125          * relaxed order check in next check. The reason is that
2126          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2127          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2128          * so could be changed anytime.
2129          */
2130         if (order >= pageblock_order)
2131                 return true;
2132
2133         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2134                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2135                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2136                 page_group_by_mobility_disabled)
2137                 return true;
2138
2139         return false;
2140 }
2141
2142 /*
2143  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2144  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2145  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2146  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2147  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2148  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2149  */
2150 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2151                                         int start_type, bool whole_block)
2152 {
2153         unsigned int current_order = page_order(page);
2154         struct free_area *area;
2155         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2156         int old_block_type;
2157
2158         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2159
2160         /*
2161          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2162          * highatomic accounting.
2163          */
2164         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2165                 goto single_page;
2166
2167         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2168         if (current_order >= pageblock_order) {
2169                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2170                 goto single_page;
2171         }
2172
2173         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2174         if (!whole_block)
2175                 goto single_page;
2176
2177         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2178                                                 &movable_pages);
2179         /*
2180          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2181          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2182          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2183          */
2184         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2185                 alike_pages = movable_pages;
2186         } else {
2187                 /*
2188                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2189                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2190                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2191                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2192                  * exact migratetype of non-movable pages.
2193                  */
2194                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2195                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2196                                                 - (free_pages + movable_pages);
2197                 else
2198                         alike_pages = 0;
2199         }
2200
2201         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2202         if (!free_pages)
2203                 goto single_page;
2204
2205         /*
2206          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2207          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2208          */
2209         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2210                         page_group_by_mobility_disabled)
2211                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2212
2213         return;
2214
2215 single_page:
2216         area = &zone->free_area[current_order];
2217         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2218 }
2219
2220 /*
2221  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2222  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2223  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2224  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2225  */
2226 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2227                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2228 {
2229         int i;
2230         int fallback_mt;
2231
2232         if (area->nr_free == 0)
2233                 return -1;
2234
2235         *can_steal = false;
2236         for (i = 0;; i++) {
2237                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2238                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2239                         break;
2240
2241                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2242                         continue;
2243
2244                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2245                         *can_steal = true;
2246
2247                 if (!only_stealable)
2248                         return fallback_mt;
2249
2250                 if (*can_steal)
2251                         return fallback_mt;
2252         }
2253
2254         return -1;
2255 }
2256
2257 /*
2258  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2259  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2260  */
2261 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2262                                 unsigned int alloc_order)
2263 {
2264         int mt;
2265         unsigned long max_managed, flags;
2266
2267         /*
2268          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2269          * Check is race-prone but harmless.
2270          */
2271         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2272         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2273                 return;
2274
2275         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2276
2277         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2278         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2279                 goto out_unlock;
2280
2281         /* Yoink! */
2282         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2283         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2284             && !is_migrate_cma(mt)) {
2285                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2286                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2287                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2288         }
2289
2290 out_unlock:
2291         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2296  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2297  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2298  * to recover from than an OOM.
2299  *
2300  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2301  * pageblock is exhausted.
2302  */
2303 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2304                                                 bool force)
2305 {
2306         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2307         unsigned long flags;
2308         struct zoneref *z;
2309         struct zone *zone;
2310         struct page *page;
2311         int order;
2312         bool ret;
2313
2314         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2315                                                                 ac->nodemask) {
2316                 /*
2317                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2318                  * is really high.
2319                  */
2320                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2321                                         pageblock_nr_pages)
2322                         continue;
2323
2324                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2325                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2326                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2327
2328                         page = list_first_entry_or_null(
2329                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2330                                         struct page, lru);
2331                         if (!page)
2332                                 continue;
2333
2334                         /*
2335                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2336                          * we can counter several free pages in a pageblock
2337                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2338                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2339                          * adjust the count once.
2340                          */
2341                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2342                                 /*
2343                                  * It should never happen but changes to
2344                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2345                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2346                                  * while unreserving so be safe and watch for
2347                                  * underflows.
2348                                  */
2349                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2350                                                 pageblock_nr_pages,
2351                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2352                         }
2353
2354                         /*
2355                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2356                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2357                          * is doing the work and needs the pages. More
2358                          * importantly, if the block was always converted to
2359                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2360                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2361                          * may increase.
2362                          */
2363                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2364                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2365                                                                         NULL);
2366                         if (ret) {
2367                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2368                                 return ret;
2369                         }
2370                 }
2371                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2372         }
2373
2374         return false;
2375 }
2376
2377 /*
2378  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2379  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2380  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2381  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2382  *
2383  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2384  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2385  * condition simpler.
2386  */
2387 static __always_inline bool
2388 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2389 {
2390         struct free_area *area;
2391         int current_order;
2392         struct page *page;
2393         int fallback_mt;
2394         bool can_steal;
2395
2396         /*
2397          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2398          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2399          * would be too costly to do exactly.
2400          */
2401         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2402                                 --current_order) {
2403                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2404                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2405                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2406                 if (fallback_mt == -1)
2407                         continue;
2408
2409                 /*
2410                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2411                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2412                  * steal and split the smallest available page instead of the
2413                  * largest available page, because even if the next movable
2414                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2415                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2416                  */
2417                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2418                                         && current_order > order)
2419                         goto find_smallest;
2420
2421                 goto do_steal;
2422         }
2423
2424         return false;
2425
2426 find_smallest:
2427         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2428                                                         current_order++) {
2429                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2430                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2431                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2432                 if (fallback_mt != -1)
2433                         break;
2434         }
2435
2436         /*
2437          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2438          * when looking for the largest page.
2439          */
2440         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2441
2442 do_steal:
2443         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2444                                                         struct page, lru);
2445
2446         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2447
2448         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2449                 start_migratetype, fallback_mt);
2450
2451         return true;
2452
2453 }
2454
2455 /*
2456  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2457  * Call me with the zone->lock already held.
2458  */
2459 static __always_inline struct page *
2460 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2461 {
2462         struct page *page;
2463
2464 retry:
2465         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2466         if (unlikely(!page)) {
2467                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2468                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2469
2470                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2471                         goto retry;
2472         }
2473
2474         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2475         return page;
2476 }
2477
2478 /*
2479  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2480  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2481  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2482  */
2483 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2484                         unsigned long count, struct list_head *list,
2485                         int migratetype)
2486 {
2487         int i, alloced = 0;
2488
2489         spin_lock(&zone->lock);
2490         for (i = 0; i < count; ++i) {
2491                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2492                 if (unlikely(page == NULL))
2493                         break;
2494
2495                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2496                         continue;
2497
2498                 /*
2499                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2500                  * physical page order. The page is added to the tail of
2501                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2502                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2503                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2504                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2505                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2506                  * pages are ordered properly.
2507                  */
2508                 list_add_tail(&page->lru, list);
2509                 alloced++;
2510                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2511                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2512                                               -(1 << order));
2513         }
2514
2515         /*
2516          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2517          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2518          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2519          * pages added to the pcp list.
2520          */
2521         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2522         spin_unlock(&zone->lock);
2523         return alloced;
2524 }
2525
2526 #ifdef CONFIG_NUMA
2527 /*
2528  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2529  * currently executing processor on remote nodes after they have
2530  * expired.
2531  *
2532  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2533  * a single processor.
2534  */
2535 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2536 {
2537         unsigned long flags;
2538         int to_drain, batch;
2539
2540         local_irq_save(flags);
2541         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2542         to_drain = min(pcp->count, batch);
2543         if (to_drain > 0)
2544                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2545         local_irq_restore(flags);
2546 }
2547 #endif
2548
2549 /*
2550  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2551  *
2552  * The processor must either be the current processor and the
2553  * thread pinned to the current processor or a processor that
2554  * is not online.
2555  */
2556 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2557 {
2558         unsigned long flags;
2559         struct per_cpu_pageset *pset;
2560         struct per_cpu_pages *pcp;
2561
2562         local_irq_save(flags);
2563         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2564
2565         pcp = &pset->pcp;
2566         if (pcp->count)
2567                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2568         local_irq_restore(flags);
2569 }
2570
2571 /*
2572  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2573  *
2574  * The processor must either be the current processor and the
2575  * thread pinned to the current processor or a processor that
2576  * is not online.
2577  */
2578 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2579 {
2580         struct zone *zone;
2581
2582         for_each_populated_zone(zone) {
2583                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2584         }
2585 }
2586
2587 /*
2588  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2589  *
2590  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2591  * the single zone's pages.
2592  */
2593 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2594 {
2595         int cpu = smp_processor_id();
2596
2597         if (zone)
2598                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2599         else
2600                 drain_pages(cpu);
2601 }
2602
2603 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2604 {
2605         /*
2606          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2607          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2608          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2609          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2610          * a different one.
2611          */
2612         preempt_disable();
2613         drain_local_pages(NULL);
2614         preempt_enable();
2615 }
2616
2617 /*
2618  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2619  *
2620  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2621  *
2622  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2623  */
2624 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2625 {
2626         int cpu;
2627
2628         /*
2629          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2630          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2631          */
2632         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2633
2634         /*
2635          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2636          * initialized.
2637          */
2638         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2639                 return;
2640
2641         /*
2642          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2643          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2644          * the drain to be complete when the call returns.
2645          */
2646         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2647                 if (!zone)
2648                         return;
2649                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2650         }
2651
2652         /*
2653          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2654          * as offline notification will cause the notified
2655          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2656          * disables preemption as part of its processing
2657          */
2658         for_each_online_cpu(cpu) {
2659                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2660                 struct zone *z;
2661                 bool has_pcps = false;
2662
2663                 if (zone) {
2664                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2665                         if (pcp->pcp.count)
2666                                 has_pcps = true;
2667                 } else {
2668                         for_each_populated_zone(z) {
2669                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2670                                 if (pcp->pcp.count) {
2671                                         has_pcps = true;
2672                                         break;
2673                                 }
2674                         }
2675                 }
2676
2677                 if (has_pcps)
2678                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2679                 else
2680                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2681         }
2682
2683         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2684                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2685                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2686                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2687         }
2688         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2689                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2690
2691         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2692 }
2693
2694 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2695
2696 /*
2697  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2698  */
2699 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2700
2701 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2702 {
2703         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2704         unsigned long flags;
2705         unsigned int order, t;
2706         struct page *page;
2707
2708         if (zone_is_empty(zone))
2709                 return;
2710
2711         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2712
2713         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2714         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2715                 if (pfn_valid(pfn)) {
2716                         page = pfn_to_page(pfn);
2717
2718                         if (!--page_count) {
2719                                 touch_nmi_watchdog();
2720                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2721                         }
2722
2723                         if (page_zone(page) != zone)
2724                                 continue;
2725
2726                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2727                                 swsusp_unset_page_free(page);
2728                 }
2729
2730         for_each_migratetype_order(order, t) {
2731                 list_for_each_entry(page,
2732                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2733                         unsigned long i;
2734
2735                         pfn = page_to_pfn(page);
2736                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2737                                 if (!--page_count) {
2738                                         touch_nmi_watchdog();
2739                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2740                                 }
2741                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2742                         }
2743                 }
2744         }
2745         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2746 }
2747 #endif /* CONFIG_PM */
2748
2749 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2750 {
2751         int migratetype;
2752
2753         if (!free_pcp_prepare(page))
2754                 return false;
2755
2756         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2757         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2758         return true;
2759 }
2760
2761 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2762 {
2763         struct zone *zone = page_zone(page);
2764         struct per_cpu_pages *pcp;
2765         int migratetype;
2766
2767         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2768         __count_vm_event(PGFREE);
2769
2770         /*
2771          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2772          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2773          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2774          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2775          * excessively into the page allocator
2776          */
2777         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2778                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2779                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2780                         return;
2781                 }
2782                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2783         }
2784
2785         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2786         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2787         pcp->count++;
2788         if (pcp->count >= pcp->high) {
2789                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2790                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2791         }
2792 }
2793
2794 /*
2795  * Free a 0-order page
2796  */
2797 void free_unref_page(struct page *page)
2798 {
2799         unsigned long flags;
2800         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2801
2802         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2803                 return;
2804
2805         local_irq_save(flags);
2806         free_unref_page_commit(page, pfn);
2807         local_irq_restore(flags);
2808 }
2809
2810 /*
2811  * Free a list of 0-order pages
2812  */
2813 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2814 {
2815         struct page *page, *next;
2816         unsigned long flags, pfn;
2817         int batch_count = 0;
2818
2819         /* Prepare pages for freeing */
2820         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2821                 pfn = page_to_pfn(page);
2822                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2823                         list_del(&page->lru);
2824                 set_page_private(page, pfn);
2825         }
2826
2827         local_irq_save(flags);
2828         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2829                 unsigned long pfn = page_private(page);
2830
2831                 set_page_private(page, 0);
2832                 trace_mm_page_free_batched(page);
2833                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2834
2835                 /*
2836                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2837                  * a large list of pages to free.
2838                  */
2839                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2840                         local_irq_restore(flags);
2841                         batch_count = 0;
2842                         local_irq_save(flags);
2843                 }
2844         }
2845         local_irq_restore(flags);
2846 }
2847
2848 /*
2849  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2850  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2851  * Each sub-page must be freed individually.
2852  *
2853  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2854  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2855  */
2856 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2857 {
2858         int i;
2859
2860         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2861         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2862
2863         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2864                 set_page_refcounted(page + i);
2865         split_page_owner(page, order);
2866 }
2867 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2868
2869 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2870 {
2871         unsigned long watermark;
2872         struct zone *zone;
2873         int mt;
2874
2875         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2876
2877         zone = page_zone(page);
2878         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2879
2880         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2881                 /*
2882                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2883                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2884                  * watermark, because we already know our high-order page
2885                  * exists.
2886                  */
2887                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2888                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2889                         return 0;
2890
2891                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2892         }
2893
2894         /* Remove page from free list */
2895         list_del(&page->lru);
2896         zone->free_area[order].nr_free--;
2897         rmv_page_order(page);
2898
2899         /*
2900          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2901          * pageblock
2902          */
2903         if (order >= pageblock_order - 1) {
2904                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2905                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2906                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2907                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2908                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2909                                 set_pageblock_migratetype(page,
2910                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2911                 }
2912         }
2913
2914
2915         return 1UL << order;
2916 }
2917
2918 /*
2919  * Update NUMA hit/miss statistics
2920  *
2921  * Must be called with interrupts disabled.
2922  */
2923 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2924 {
2925 #ifdef CONFIG_NUMA
2926         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2927
2928         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2929         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2930                 return;
2931
2932         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2933                 local_stat = NUMA_OTHER;
2934
2935         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2936                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2937         else {
2938                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2939                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2940         }
2941         __inc_numa_state(z, local_stat);
2942 #endif
2943 }
2944
2945 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2946 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2947                         struct per_cpu_pages *pcp,
2948                         struct list_head *list)
2949 {
2950         struct page *page;
2951
2952         do {
2953                 if (list_empty(list)) {
2954                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2955                                         pcp->batch, list,
2956                                         migratetype);
2957                         if (unlikely(list_empty(list)))
2958                                 return NULL;
2959                 }
2960
2961                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2962                 list_del(&page->lru);
2963                 pcp->count--;
2964         } while (check_new_pcp(page));
2965
2966         return page;
2967 }
2968
2969 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2970 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2971                         struct zone *zone, unsigned int order,
2972                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2973 {
2974         struct per_cpu_pages *pcp;
2975         struct list_head *list;
2976         struct page *page;
2977         unsigned long flags;
2978
2979         local_irq_save(flags);
2980         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2981         list = &pcp->lists[migratetype];
2982         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2983         if (page) {
2984                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2985                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2986         }
2987         local_irq_restore(flags);
2988         return page;
2989 }
2990
2991 /*
2992  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2993  */
2994 static inline
2995 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2996                         struct zone *zone, unsigned int order,
2997                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2998                         int migratetype)
2999 {
3000         unsigned long flags;
3001         struct page *page;
3002
3003         if (likely(order == 0)) {
3004                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3005                                 gfp_flags, migratetype);
3006                 goto out;
3007         }
3008
3009         /*
3010          * We most definitely don't want callers attempting to
3011          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3012          */
3013         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3014         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3015
3016         do {
3017                 page = NULL;
3018                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3019                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3020                         if (page)
3021                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3022                 }
3023                 if (!page)
3024                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3025         } while (page && check_new_pages(page, order));
3026         spin_unlock(&zone->lock);
3027         if (!page)
3028                 goto failed;
3029         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3030                                   get_pcppage_migratetype(page));
3031
3032         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3033         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3034         local_irq_restore(flags);
3035
3036 out:
3037         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3038         return page;
3039
3040 failed:
3041         local_irq_restore(flags);
3042         return NULL;
3043 }
3044
3045 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3046
3047 static struct {
3048         struct fault_attr attr;
3049
3050         bool ignore_gfp_highmem;
3051         bool ignore_gfp_reclaim;
3052         u32 min_order;
3053 } fail_page_alloc = {
3054         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3055         .ignore_gfp_reclaim = true,
3056         .ignore_gfp_highmem = true,
3057         .min_order = 1,
3058 };
3059
3060 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3061 {
3062         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3063 }
3064 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3065
3066 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3067 {
3068         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3069                 return false;
3070         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3071                 return false;
3072         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3073                 return false;
3074         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3075                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3076                 return false;
3077
3078         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3079 }
3080
3081 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3082
3083 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3084 {
3085         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3086         struct dentry *dir;
3087
3088         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3089                                         &fail_page_alloc.attr);
3090         if (IS_ERR(dir))
3091                 return PTR_ERR(dir);
3092
3093         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3094                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3095                 goto fail;
3096         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3097                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3098                 goto fail;
3099         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3100                                 &fail_page_alloc.min_order))
3101                 goto fail;
3102
3103         return 0;
3104 fail:
3105         debugfs_remove_recursive(dir);
3106
3107         return -ENOMEM;
3108 }
3109
3110 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3111
3112 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3113
3114 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3115
3116 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3117 {
3118         return false;
3119 }
3120
3121 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3122
3123 /*
3124  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3125  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3126  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3127  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3128  */
3129 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3130                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3131                          long free_pages)
3132 {
3133         long min = mark;
3134         int o;
3135         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3136
3137         /* free_pages may go negative - that's OK */
3138         free_pages -= (1 << order) - 1;
3139
3140         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3141                 min -= min / 2;
3142
3143         /*
3144          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3145          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3146          * atomic reserve but it avoids a search.
3147          */
3148         if (likely(!alloc_harder)) {
3149                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3150         } else {
3151                 /*
3152                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3153                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3154                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3155                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3156                  */
3157                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3158                         min -= min / 2;
3159                 else
3160                         min -= min / 4;
3161         }
3162
3163
3164 #ifdef CONFIG_CMA
3165         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3166         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3167                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3168 #endif
3169
3170         /*
3171          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3172          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3173          * even if a suitable page happened to be free.
3174          */
3175         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3176                 return false;
3177
3178         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3179         if (!order)
3180                 return true;
3181
3182         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3183         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3184                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3185                 int mt;
3186
3187                 if (!area->nr_free)
3188                         continue;
3189
3190                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3191                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3192                                 return true;
3193                 }
3194
3195 #ifdef CONFIG_CMA
3196                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3197                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3198                         return true;
3199                 }
3200 #endif
3201                 if (alloc_harder &&
3202                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3203                         return true;
3204         }
3205         return false;
3206 }
3207
3208 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3209                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3210 {
3211         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3212                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3213 }
3214
3215 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3216                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3217 {
3218         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3219         long cma_pages = 0;
3220
3221 #ifdef CONFIG_CMA
3222         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3223         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3224                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3225 #endif
3226
3227         /*
3228          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3229          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3230          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3231          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3232          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3233          */
3234         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3235                 return true;
3236
3237         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3238                                         free_pages);
3239 }
3240
3241 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3242                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3243 {
3244         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3245
3246         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3247                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3248
3249         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3250                                                                 free_pages);
3251 }
3252
3253 #ifdef CONFIG_NUMA
3254 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3255 {
3256         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3257                                 RECLAIM_DISTANCE;
3258 }
3259 #else   /* CONFIG_NUMA */
3260 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3261 {
3262         return true;
3263 }
3264 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3265
3266 /*
3267  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3268  * a page.
3269  */
3270 static struct page *
3271 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3272                                                 const struct alloc_context *ac)
3273 {
3274         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3275         struct zone *zone;
3276         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3277
3278         /*
3279          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3280          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3281          */
3282         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3283                                                                 ac->nodemask) {
3284                 struct page *page;
3285                 unsigned long mark;
3286
3287                 if (cpusets_enabled() &&
3288                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3289                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3290                                 continue;
3291                 /*
3292                  * When allocating a page cache page for writing, we
3293                  * want to get it from a node that is within its dirty
3294                  * limit, such that no single node holds more than its
3295                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3296                  * The dirty limits take into account the node's
3297                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3298                  * should be able to balance it without having to
3299                  * write pages from its LRU list.
3300                  *
3301                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3302                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3303                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3304                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3305                  * nodes are together not big enough to reach the
3306                  * global limit.  The proper fix for these situations
3307                  * will require awareness of nodes in the
3308                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3309                  */
3310                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3311                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3312                                 continue;
3313
3314                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3315                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3316                                 continue;
3317                         }
3318                 }
3319
3320                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3321                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3322                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3323                         int ret;
3324
3325 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3326                         /*
3327                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3328                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3329                          */
3330                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3331                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3332                                         goto try_this_zone;
3333                         }
3334 #endif
3335                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3336                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3337                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3338                                 goto try_this_zone;
3339
3340                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3341                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3342                                 continue;
3343
3344                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3345                         switch (ret) {
3346                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3347                                 /* did not scan */
3348                                 continue;
3349                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3350                                 /* scanned but unreclaimable */
3351                                 continue;
3352                         default:
3353                                 /* did we reclaim enough */
3354                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3355                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3356                                         goto try_this_zone;
3357
3358                                 continue;
3359                         }
3360                 }
3361
3362 try_this_zone:
3363                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3364                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3365                 if (page) {
3366                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3367
3368                         /*
3369                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3370                          * if the pageblock should be reserved for the future
3371                          */
3372                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3373                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3374
3375                         return page;
3376                 } else {
3377 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3378                         /* Try again if zone has deferred pages */
3379                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3380                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3381                                         goto try_this_zone;
3382                         }
3383 #endif
3384                 }
3385         }
3386
3387         return NULL;
3388 }
3389
3390 /*
3391  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3392  * meminfo in irq context.
3393  */
3394 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3395 {
3396         bool ret = false;
3397
3398 #if NODES_SHIFT > 8
3399         ret = in_interrupt();
3400 #endif
3401         return ret;
3402 }
3403
3404 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3405 {
3406         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3407         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3408
3409         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3410                 return;
3411
3412         /*
3413          * This documents exceptions given to allocations in certain
3414          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3415          * of allowed nodes.
3416          */
3417         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3418                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3419                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3420                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3421         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3422                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3423
3424         show_mem(filter, nodemask);
3425 }
3426
3427 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3428 {
3429         struct va_format vaf;
3430         va_list args;
3431         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3432                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3433
3434         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3435                 return;
3436
3437         va_start(args, fmt);
3438         vaf.fmt = fmt;
3439         vaf.va = &args;
3440         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3441                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3442                         nodemask_pr_args(nodemask));
3443         va_end(args);
3444
3445         cpuset_print_current_mems_allowed();
3446
3447         dump_stack();
3448         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3449 }
3450
3451 static inline struct page *
3452 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3453                               unsigned int alloc_flags,
3454                               const struct alloc_context *ac)
3455 {
3456         struct page *page;
3457
3458         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3459                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3460         /*
3461          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3462          * are depleted
3463          */
3464         if (!page)
3465                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3466                                 alloc_flags, ac);
3467
3468         return page;
3469 }
3470
3471 static inline struct page *
3472 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3473         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3474 {
3475         struct oom_control oc = {
3476                 .zonelist = ac->zonelist,
3477                 .nodemask = ac->nodemask,
3478                 .memcg = NULL,
3479                 .gfp_mask = gfp_mask,
3480                 .order = order,
3481         };
3482         struct page *page;
3483
3484         *did_some_progress = 0;
3485
3486         /*
3487          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3488          * making progress for us.
3489          */
3490         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3491                 *did_some_progress = 1;
3492                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3493                 return NULL;
3494         }
3495
3496         /*
3497          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3498          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3499          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3500          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3501          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3502          */
3503         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3504                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3505                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3506         if (page)
3507                 goto out;
3508
3509         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3510         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3511                 goto out;
3512         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3513         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3514                 goto out;
3515         /*
3516          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3517          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3518          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3519          * fallback than shooting a random task.
3520          */
3521         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3522                 goto out;
3523         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3524         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3525                 goto out;
3526         if (pm_suspended_storage())
3527                 goto out;
3528         /*
3529          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3530          * other request to make a forward progress.
3531          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3532          * do much for this context but let's try it to at least get
3533          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3534          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3535          * failures more gracefully we should just bail out here.
3536          */
3537
3538         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3539         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3540                 goto out;
3541
3542         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3543         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3544                 *did_some_progress = 1;
3545
3546                 /*
3547                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3548                  * reserves
3549                  */
3550                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3551                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3552                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3553         }
3554 out:
3555         mutex_unlock(&oom_lock);
3556         return page;
3557 }
3558
3559 /*
3560  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3561  * killer is consider as the only way to move forward.
3562  */
3563 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3564
3565 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3566 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3567 static struct page *
3568 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3569                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3570                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3571 {
3572         struct page *page;
3573         unsigned int noreclaim_flag;
3574
3575         if (!order)
3576                 return NULL;
3577
3578         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3579         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3580                                                                         prio);
3581         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3582
3583         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3584                 return NULL;
3585
3586         /*
3587          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3588          * count a compaction stall
3589          */
3590         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3591
3592         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3593
3594         if (page) {
3595                 struct zone *zone = page_zone(page);
3596
3597                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3598                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3599                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3600                 return page;
3601         }
3602
3603         /*
3604          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3605          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3606          */
3607         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3608
3609         cond_resched();
3610
3611         return NULL;
3612 }
3613
3614 static inline bool
3615 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3616                      enum compact_result compact_result,
3617                      enum compact_priority *compact_priority,
3618                      int *compaction_retries)
3619 {
3620         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3621         int min_priority;
3622         bool ret = false;
3623         int retries = *compaction_retries;
3624         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3625
3626         if (!order)
3627                 return false;
3628
3629         if (compaction_made_progress(compact_result))
3630                 (*compaction_retries)++;
3631
3632         /*
3633          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3634          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3635          * failure could be caused by insufficient priority
3636          */
3637         if (compaction_failed(compact_result))
3638                 goto check_priority;
3639
3640         /*
3641          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3642          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3643          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3644          * compaction.
3645          */
3646         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3647                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3648                 goto out;
3649         }
3650
3651         /*
3652          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3653          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3654          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3655          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3656          * would need much more detailed feedback from compaction to
3657          * make a better decision.
3658          */
3659         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3660                 max_retries /= 4;
3661         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3662                 ret = true;
3663                 goto out;
3664         }
3665
3666         /*
3667          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3668          * all retries or failed at the lower priorities.
3669          */
3670 check_priority:
3671         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3672                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3673
3674         if (*compact_priority > min_priority) {
3675                 (*compact_priority)--;
3676                 *compaction_retries = 0;
3677                 ret = true;
3678         }
3679 out:
3680         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3681         return ret;
3682 }
3683 #else
3684 static inline struct page *
3685 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3686                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3687                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3688 {
3689         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3690         return NULL;
3691 }
3692
3693 static inline bool
3694 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3695                      enum compact_result compact_result,
3696                      enum compact_priority *compact_priority,
3697                      int *compaction_retries)
3698 {
3699         struct zone *zone;
3700         struct zoneref *z;
3701
3702         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3703                 return false;
3704
3705         /*
3706          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3707          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3708          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3709          * watermarks are OK.
3710          */
3711         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3712                                         ac->nodemask) {
3713                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3714                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3715                         return true;
3716         }
3717         return false;
3718 }
3719 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3720
3721 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3722 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3723         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3724
3725 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3726 {
3727         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3728
3729         /* no reclaim without waiting on it */
3730         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3731                 return false;
3732
3733         /* this guy won't enter reclaim */
3734         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3735                 return false;
3736
3737         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3738         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3739                 return false;
3740
3741         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3742                 return false;
3743
3744         return true;
3745 }
3746
3747 void __fs_reclaim_acquire(void)
3748 {
3749         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3750 }
3751
3752 void __fs_reclaim_release(void)
3753 {
3754         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3755 }
3756
3757 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3758 {
3759         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3760                 __fs_reclaim_acquire();
3761 }
3762 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3763
3764 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3765 {
3766         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3767                 __fs_reclaim_release();
3768 }
3769 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3770 #endif
3771
3772 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3773 static int
3774 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3775                                         const struct alloc_context *ac)
3776 {
3777         struct reclaim_state reclaim_state;
3778         int progress;
3779         unsigned int noreclaim_flag;
3780
3781         cond_resched();
3782
3783         /* We now go into synchronous reclaim */
3784         cpuset_memory_pressure_bump();
3785         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3786         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3787         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3788         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3789
3790         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3791                                                                 ac->nodemask);
3792
3793         current->reclaim_state = NULL;
3794         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3795         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3796
3797         cond_resched();
3798
3799         return progress;
3800 }
3801
3802 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3803 static inline struct page *
3804 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3805                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3806                 unsigned long *did_some_progress)
3807 {
3808         struct page *page = NULL;
3809         bool drained = false;
3810
3811         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3812         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3813                 return NULL;
3814
3815 retry:
3816         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3817
3818         /*
3819          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3820          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3821          * Shrink them them and try again
3822          */
3823         if (!page && !drained) {
3824                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3825                 drain_all_pages(NULL);
3826                 drained = true;
3827                 goto retry;
3828         }
3829
3830         return page;
3831 }
3832
3833 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3834                              const struct alloc_context *ac)
3835 {
3836         struct zoneref *z;
3837         struct zone *zone;
3838         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3839         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3840
3841         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3842                                         ac->nodemask) {
3843                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3844                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3845                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3846         }
3847 }
3848
3849 static inline unsigned int
3850 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3851 {
3852         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3853
3854         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3855         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3856
3857         /*
3858          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3859          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3860          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3861          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3862          */
3863         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3864
3865         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3866                 /*
3867                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3868                  * if it can't schedule.
3869                  */
3870                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3871                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3872                 /*
3873                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3874                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3875                  */
3876                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3877         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3878                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3879
3880 #ifdef CONFIG_CMA
3881         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3882                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3883 #endif
3884         return alloc_flags;
3885 }
3886
3887 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3888 {
3889         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3890                 return false;
3891
3892         /*
3893          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3894          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3895          */
3896         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3897                 return false;
3898
3899         return true;
3900 }
3901
3902 /*
3903  * Distinguish requests which really need access to full memory
3904  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3905  */
3906 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3907 {
3908         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3909                 return 0;
3910         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3911                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3912         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3913                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3914         if (!in_interrupt()) {
3915                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3916                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3917                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3918                         return ALLOC_OOM;
3919         }
3920
3921         return 0;
3922 }
3923
3924 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3925 {
3926         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3927 }
3928
3929 /*
3930  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3931  * for the given allocation request.
3932  *
3933  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3934  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3935  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3936  *
3937  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3938  */
3939 static inline bool
3940 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3941                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3942                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3943 {
3944         struct zone *zone;
3945         struct zoneref *z;
3946
3947         /*
3948          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3949          * their order will become available due to high fragmentation so
3950          * always increment the no progress counter for them
3951          */
3952         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3953                 *no_progress_loops = 0;
3954         else
3955                 (*no_progress_loops)++;
3956
3957         /*
3958          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3959          * several times in the row.
3960          */
3961         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3962                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3963                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3964         }
3965
3966         /*
3967          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3968          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3969          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3970          * screwed and have to go OOM.
3971          */
3972         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3973                                         ac->nodemask) {
3974                 unsigned long available;
3975                 unsigned long reclaimable;
3976                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3977                 bool wmark;
3978
3979                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3980                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3981
3982                 /*
3983                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3984                  * reclaimable pages?
3985                  */
3986                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3987                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3988                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3989                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3990                 if (wmark) {
3991                         /*
3992                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3993                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3994                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3995                          * prevent from pre mature OOM
3996                          */
3997                         if (!did_some_progress) {
3998                                 unsigned long write_pending;
3999
4000                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4001                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4002
4003                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4004                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4005                                         return true;
4006                                 }
4007                         }
4008
4009                         /*
4010                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
4011                          * context and the current implementation of the WQ
4012                          * concurrency control doesn't recognize that
4013                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
4014                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
4015                          * do a short sleep here rather than calling
4016                          * cond_resched().
4017                          */
4018                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4019                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4020                         else
4021                                 cond_resched();
4022
4023                         return true;
4024                 }
4025         }
4026
4027         return false;
4028 }
4029
4030 static inline bool
4031 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4032 {
4033         /*
4034          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4035          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4036          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4037          * such a way the check therein was true, and then it became false
4038          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4039          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4040          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4041          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4042          * caller can deal with a violated nodemask.
4043          */
4044         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4045                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4046                 ac->nodemask = NULL;
4047                 return true;
4048         }
4049
4050         /*
4051          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4052          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4053          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4054          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4055          * retry.
4056          */
4057         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4058                 return true;
4059
4060         return false;
4061 }
4062
4063 static inline struct page *
4064 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4065                                                 struct alloc_context *ac)
4066 {
4067         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4068         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4069         struct page *page = NULL;
4070         unsigned int alloc_flags;
4071         unsigned long did_some_progress;
4072         enum compact_priority compact_priority;
4073         enum compact_result compact_result;
4074         int compaction_retries;
4075         int no_progress_loops;
4076         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4077         int reserve_flags;
4078
4079         /*
4080          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4081          * callers that are not in atomic context.
4082          */
4083         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4084                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4085                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4086
4087 retry_cpuset:
4088         compaction_retries = 0;
4089         no_progress_loops = 0;
4090         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4091         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4092
4093         /*
4094          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4095          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4096          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4097          */
4098         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4099
4100         /*
4101          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4102          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4103          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4104          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4105          */
4106         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4107                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4108         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4109                 goto nopage;
4110
4111         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4112                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4113
4114         /*
4115          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4116          * that first
4117          */
4118         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4119         if (page)
4120                 goto got_pg;
4121
4122         /*
4123          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4124          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4125          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4126          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4127          * same migratetype.
4128          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4129          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4130          */
4131         if (can_direct_reclaim &&
4132                         (costly_order ||
4133                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4134                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4135                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4136                                                 alloc_flags, ac,
4137                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4138                                                 &compact_result);
4139                 if (page)
4140                         goto got_pg;
4141
4142                 /*
4143                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4144                  * includes THP page fault allocations
4145                  */
4146                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4147                         /*
4148                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4149                          * it is because sync compaction recently failed. If
4150                          * this is the case and the caller requested a THP
4151                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4152                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4153                          * direct reclaim.
4154                          */
4155                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4156                                 goto nopage;
4157
4158                         /*
4159                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4160                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4161                          * using async compaction.
4162                          */
4163                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4164                 }
4165         }
4166
4167 retry:
4168         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4169         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4170                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4171
4172         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4173         if (reserve_flags)
4174                 alloc_flags = reserve_flags;
4175
4176         /*
4177          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4178          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4179          * user oriented.
4180          */
4181         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4182                 ac->nodemask = NULL;
4183                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4184                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4185         }
4186
4187         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4188         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4189         if (page)
4190                 goto got_pg;
4191
4192         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4193         if (!can_direct_reclaim)
4194                 goto nopage;
4195
4196         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4197         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4198                 goto nopage;
4199
4200         /* Try direct reclaim and then allocating */
4201         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4202                                                         &did_some_progress);
4203         if (page)
4204                 goto got_pg;
4205
4206         /* Try direct compaction and then allocating */
4207         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4208                                         compact_priority, &compact_result);
4209         if (page)
4210                 goto got_pg;
4211
4212         /* Do not loop if specifically requested */
4213         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4214                 goto nopage;
4215
4216         /*
4217          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4218          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4219          */
4220         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4221                 goto nopage;
4222
4223         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4224                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4225                 goto retry;
4226
4227         /*
4228          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4229          * reclaim is not able to make any progress because the current
4230          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4231          * of free memory (see __compaction_suitable)
4232          */
4233         if (did_some_progress > 0 &&
4234                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4235                                 compact_result, &compact_priority,
4236                                 &compaction_retries))
4237                 goto retry;
4238
4239
4240         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4241         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4242                 goto retry_cpuset;
4243
4244         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4245         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4246         if (page)
4247                 goto got_pg;
4248
4249         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4250         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4251             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4252              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4253                 goto nopage;
4254
4255         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4256         if (did_some_progress) {
4257                 no_progress_loops = 0;
4258                 goto retry;
4259         }
4260
4261 nopage:
4262         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4263         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4264                 goto retry_cpuset;
4265
4266         /*
4267          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4268          * we always retry
4269          */
4270         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4271                 /*
4272                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4273                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4274                  */
4275                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4276                         goto fail;
4277
4278                 /*
4279                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4280                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4281                  * for somebody to do a work for us
4282                  */
4283                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4284
4285                 /*
4286                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4287                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4288                  * so that we can identify them and convert them to something
4289                  * else.
4290                  */
4291                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4292
4293                 /*
4294                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4295                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4296                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4297                  * the situation worse
4298                  */
4299                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4300                 if (page)
4301                         goto got_pg;
4302
4303                 cond_resched();
4304                 goto retry;
4305         }
4306 fail:
4307         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4308                         "page allocation failure: order:%u", order);
4309 got_pg:
4310         return page;
4311 }
4312
4313 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4314                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4315                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4316                 unsigned int *alloc_flags)
4317 {
4318         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4319         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4320         ac->nodemask = nodemask;
4321         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4322
4323         if (cpusets_enabled()) {
4324                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4325                 if (!ac->nodemask)
4326                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4327                 else
4328                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4329         }
4330
4331         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4332         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4333
4334         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4335
4336         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4337                 return false;
4338
4339         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4340                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4341
4342         return true;
4343 }
4344
4345 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4346 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4347 {
4348         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4349         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4350
4351         /*
4352          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4353          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4354          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4355          */
4356         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4357                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4358 }
4359
4360 /*
4361  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4362  */
4363 struct page *
4364 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4365                                                         nodemask_t *nodemask)
4366 {
4367         struct page *page;
4368         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4369         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4370         struct alloc_context ac = { };
4371
4372         /*
4373          * There are several places where we assume that the order value is sane
4374          * so bail out early if the request is out of bound.
4375          */
4376         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4377                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4378                 return NULL;
4379         }
4380
4381         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4382         alloc_mask = gfp_mask;
4383         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4384                 return NULL;
4385
4386         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4387
4388         /* First allocation attempt */
4389         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4390         if (likely(page))
4391                 goto out;
4392
4393         /*
4394          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4395          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4396          * from a particular context which has been marked by
4397          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4398          */
4399         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4400         ac.spread_dirty_pages = false;
4401
4402         /*
4403          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4404          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4405          */
4406         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4407                 ac.nodemask = nodemask;
4408
4409         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4410
4411 out:
4412         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4413             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4414                 __free_pages(page, order);
4415                 page = NULL;
4416         }
4417
4418         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4419
4420         return page;
4421 }
4422 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4423
4424 /*
4425  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4426  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4427  * you need to access high mem.
4428  */
4429 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4430 {
4431         struct page *page;
4432
4433         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4434         if (!page)
4435                 return 0;
4436         return (unsigned long) page_address(page);
4437 }
4438 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4439
4440 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4441 {
4442         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4443 }
4444 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4445
4446 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4447 {
4448         if (put_page_testzero(page)) {
4449                 if (order == 0)
4450                         free_unref_page(page);
4451                 else
4452                         __free_pages_ok(page, order);
4453         }
4454 }
4455
4456 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4457
4458 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4459 {
4460         if (addr != 0) {
4461                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4462                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4463         }
4464 }
4465
4466 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4467
4468 /*
4469  * Page Fragment:
4470  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4471  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4472  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4473  *
4474  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4475  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4476  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4477  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4478  */
4479 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4480                                              gfp_t gfp_mask)
4481 {
4482         struct page *page = NULL;
4483         gfp_t gfp = gfp_mask;
4484
4485 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4486         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4487                     __GFP_NOMEMALLOC;
4488         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4489                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4490         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4491 #endif
4492         if (unlikely(!page))
4493                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4494
4495         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4496
4497         return page;
4498 }
4499
4500 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4501 {
4502         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4503
4504         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4505                 unsigned int order = compound_order(page);
4506
4507                 if (order == 0)
4508                         free_unref_page(page);
4509                 else
4510                         __free_pages_ok(page, order);
4511         }
4512 }
4513 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4514
4515 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4516                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4517 {
4518         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4519         struct page *page;
4520         int offset;
4521
4522         if (unlikely(!nc->va)) {
4523 refill:
4524                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4525                 if (!page)
4526                         return NULL;
4527
4528 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4529                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4530                 size = nc->size;
4531 #endif
4532                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4533                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4534                  */
4535                 page_ref_add(page, size);
4536
4537                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4538                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4539                 nc->pagecnt_bias = size + 1;
4540                 nc->offset = size;
4541         }
4542
4543         offset = nc->offset - fragsz;
4544         if (unlikely(offset < 0)) {
4545                 page = virt_to_page(nc->va);
4546
4547                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4548                         goto refill;
4549
4550 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4551                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4552                 size = nc->size;
4553 #endif
4554                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4555                 set_page_count(page, size + 1);
4556
4557                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4558                 nc->pagecnt_bias = size + 1;
4559                 offset = size - fragsz;
4560         }
4561
4562         nc->pagecnt_bias--;
4563         nc->offset = offset;
4564
4565         return nc->va + offset;
4566 }
4567 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4568
4569 /*
4570  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4571  */
4572 void page_frag_free(void *addr)
4573 {
4574         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4575
4576         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4577                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4578 }
4579 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4580
4581 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4582                 size_t size)
4583 {
4584         if (addr) {
4585                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4586                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4587
4588                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4589                 while (used < alloc_end) {
4590                         free_page(used);
4591                         used += PAGE_SIZE;
4592                 }
4593         }
4594         return (void *)addr;
4595 }
4596
4597 /**
4598  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4599  * @size: the number of bytes to allocate
4600  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4601  *
4602  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4603  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4604  * allocate memory in power-of-two pages.
4605  *
4606  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4607  *
4608  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4609  */
4610 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4611 {
4612         unsigned int order = get_order(size);
4613         unsigned long addr;
4614
4615         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4616         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4617 }
4618 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4619
4620 /**
4621  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4622  *                         pages on a node.
4623  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4624  * @size: the number of bytes to allocate
4625  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4626  *
4627  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4628  * back.
4629  */
4630 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4631 {
4632         unsigned int order = get_order(size);
4633         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4634         if (!p)
4635                 return NULL;
4636         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4637 }
4638
4639 /**
4640  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4641  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4642  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4643  *
4644  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4645  */
4646 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4647 {
4648         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4649         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4650
4651         while (addr < end) {
4652                 free_page(addr);
4653                 addr += PAGE_SIZE;
4654         }
4655 }
4656 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4657
4658 /**
4659  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4660  * @offset: The zone index of the highest zone
4661  *
4662  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4663  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4664  * zone, the number of pages is calculated as:
4665  *
4666  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4667  */
4668 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4669 {
4670         struct zoneref *z;
4671         struct zone *zone;
4672
4673         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4674         unsigned long sum = 0;
4675
4676         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4677
4678         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4679                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4680                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4681                 if (size > high)
4682                         sum += size - high;
4683         }
4684
4685         return sum;
4686 }
4687
4688 /**
4689  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4690  *
4691  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4692  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4693  */
4694 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4695 {
4696         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4697 }
4698 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4699
4700 /**
4701  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4702  *
4703  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4704  * high watermark within all zones.
4705  */
4706 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4707 {
4708         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4709 }
4710
4711 static inline void show_node(struct zone *zone)
4712 {
4713         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4714                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4715 }
4716
4717 long si_mem_available(void)
4718 {
4719         long available;
4720         unsigned long pagecache;
4721         unsigned long wmark_low = 0;
4722         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4723         struct zone *zone;
4724         int lru;
4725
4726         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4727                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4728
4729         for_each_zone(zone)
4730                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4731
4732         /*
4733          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4734          * without causing swapping.
4735          */
4736         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4737
4738         /*
4739          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4740          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4741          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4742          */
4743         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4744         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4745         available += pagecache;
4746
4747         /*
4748          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4749          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4750          */
4751         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4752                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4753                          wmark_low);
4754
4755         /*
4756          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4757          * pressure.
4758          */
4759         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4760                 PAGE_SHIFT;
4761
4762         if (available < 0)
4763                 available = 0;
4764         return available;
4765 }
4766 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4767
4768 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4769 {
4770         val->totalram = totalram_pages;
4771         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4772         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4773         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4774         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4775         val->freehigh = nr_free_highpages();
4776         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4777 }
4778
4779 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4780
4781 #ifdef CONFIG_NUMA
4782 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4783 {
4784         int zone_type;          /* needs to be signed */
4785         unsigned long managed_pages = 0;
4786         unsigned long managed_highpages = 0;
4787         unsigned long free_highpages = 0;
4788         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4789
4790         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4791                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4792         val->totalram = managed_pages;
4793         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4794         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4795 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4796         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4797                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4798
4799                 if (is_highmem(zone)) {
4800                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4801                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4802                 }
4803         }
4804         val->totalhigh = managed_highpages;
4805         val->freehigh = free_highpages;
4806 #else
4807         val->totalhigh = managed_highpages;
4808         val->freehigh = free_highpages;
4809 #endif
4810         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4811 }
4812 #endif
4813
4814 /*
4815  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4816  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4817  */
4818 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4819 {
4820         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4821                 return false;
4822
4823         /*
4824          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4825          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4826          * have to be precise here.
4827          */
4828         if (!nodemask)
4829                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4830
4831         return !node_isset(nid, *nodemask);
4832 }
4833
4834 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4835
4836 static void show_migration_types(unsigned char type)
4837 {
4838         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4839                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4840                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4841                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4842                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4843 #ifdef CONFIG_CMA
4844                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4845 #endif
4846 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4847                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4848 #endif
4849         };
4850         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4851         char *p = tmp;
4852         int i;
4853
4854         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4855                 if (type & (1 << i))
4856                         *p++ = types[i];
4857         }
4858
4859         *p = '\0';
4860         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4861 }
4862
4863 /*
4864  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4865  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4866  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4867  *
4868  * Bits in @filter:
4869  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4870  *   cpuset.
4871  */
4872 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4873 {
4874         unsigned long free_pcp = 0;
4875         int cpu;
4876         struct zone *zone;
4877         pg_data_t *pgdat;
4878
4879         for_each_populated_zone(zone) {
4880                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4881                         continue;
4882
4883                 for_each_online_cpu(cpu)
4884                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4885         }
4886
4887         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4888                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4889                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4890                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4891                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4892                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4893                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4894                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4895                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4896                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4897                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4898                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4899                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4900                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4901                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4902                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4903                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4904                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4905                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4906                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4907                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4908                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4909                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4910                 free_pcp,
4911                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4912
4913         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4914                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4915                         continue;
4916
4917                 printk("Node %d"
4918                         " active_anon:%lukB"
4919                         " inactive_anon:%lukB"
4920                         " active_file:%lukB"
4921                         " inactive_file:%lukB"
4922                         " unevictable:%lukB"
4923                         " isolated(anon):%lukB"
4924                         " isolated(file):%lukB"
4925                         " mapped:%lukB"
4926                         " dirty:%lukB"
4927                         " writeback:%lukB"
4928                         " shmem:%lukB"
4929 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4930                         " shmem_thp: %lukB"
4931                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4932                         " anon_thp: %lukB"
4933 #endif
4934                         " writeback_tmp:%lukB"
4935                         " unstable:%lukB"
4936                         " all_unreclaimable? %s"
4937                         "\n",
4938                         pgdat->node_id,
4939                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4940                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4941                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4942                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4943                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4944                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4945                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4946                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4947                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4948                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4949                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4950 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4951                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4952                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4953                                         * HPAGE_PMD_NR),
4954                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4955 #endif
4956                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4957                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4958                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4959                                 "yes" : "no");
4960         }
4961
4962         for_each_populated_zone(zone) {
4963                 int i;
4964
4965                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4966                         continue;
4967
4968                 free_pcp = 0;
4969                 for_each_online_cpu(cpu)
4970                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4971
4972                 show_node(zone);
4973                 printk(KERN_CONT
4974                         "%s"
4975                         " free:%lukB"
4976                         " min:%lukB"
4977                         " low:%lukB"
4978                         " high:%lukB"
4979                         " active_anon:%lukB"
4980                         " inactive_anon:%lukB"
4981                         " active_file:%lukB"
4982                         " inactive_file:%lukB"
4983                         " unevictable:%lukB"
4984                         " writepending:%lukB"
4985                         " present:%lukB"
4986                         " managed:%lukB"
4987                         " mlocked:%lukB"
4988                         " kernel_stack:%lukB"
4989                         " pagetables:%lukB"
4990                         " bounce:%lukB"
4991                         " free_pcp:%lukB"
4992                         " local_pcp:%ukB"
4993                         " free_cma:%lukB"
4994                         "\n",
4995                         zone->name,
4996                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4997                         K(min_wmark_pages(zone)),
4998                         K(low_wmark_pages(zone)),
4999                         K(high_wmark_pages(zone)),
5000                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5001                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5002                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5003                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5004                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5005                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5006                         K(zone->present_pages),
5007                         K(zone->managed_pages),
5008                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5009                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5010                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5011                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5012                         K(free_pcp),
5013                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5014                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5015                 printk("lowmem_reserve[]:");
5016                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5017                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5018                 printk(KERN_CONT "\n");
5019         }
5020
5021         for_each_populated_zone(zone) {
5022                 unsigned int order;
5023                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5024                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5025
5026                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5027                         continue;
5028                 show_node(zone);
5029                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5030
5031                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5032                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5033                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5034                         int type;
5035
5036                         nr[order] = area->nr_free;
5037                         total += nr[order] << order;
5038
5039                         types[order] = 0;
5040                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5041                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5042                                         types[order] |= 1 << type;
5043                         }
5044                 }
5045                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5046                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5047                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5048                                nr[order], K(1UL) << order);
5049                         if (nr[order])
5050                                 show_migration_types(types[order]);
5051                 }
5052                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5053         }
5054
5055         hugetlb_show_meminfo();
5056
5057         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5058
5059         show_swap_cache_info();
5060 }
5061
5062 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5063 {
5064         zoneref->zone = zone;
5065         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5066 }
5067
5068 /*
5069  * Builds allocation fallback zone lists.
5070  *
5071  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5072  */
5073 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5074 {
5075         struct zone *zone;
5076         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5077         int nr_zones = 0;
5078
5079         do {
5080                 zone_type--;
5081                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5082                 if (managed_zone(zone)) {
5083                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5084                         check_highest_zone(zone_type);
5085                 }
5086         } while (zone_type);
5087
5088         return nr_zones;
5089 }
5090
5091 #ifdef CONFIG_NUMA
5092
5093 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5094 {
5095         /*
5096          * We used to support different zonlists modes but they turned
5097          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5098          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5099          * not fail it silently
5100          */
5101         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5102                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5103                 return -EINVAL;
5104         }
5105         return 0;
5106 }
5107
5108 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5109 {
5110         if (!s)
5111                 return 0;
5112
5113         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5114 }
5115 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5116
5117 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5118
5119 /*
5120  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5121  */
5122 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5123                 void __user *buffer, size_t *length,
5124                 loff_t *ppos)
5125 {
5126         char *str;
5127         int ret;
5128
5129         if (!write)
5130                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5131         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5132         if (IS_ERR(str))
5133                 return PTR_ERR(str);
5134
5135         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5136         kfree(str);
5137         return ret;
5138 }
5139
5140
5141 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5142 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5143
5144 /**
5145  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5146  * @node: node whose fallback list we're appending
5147  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5148  *
5149  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5150  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5151  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5152  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5153  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5154  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5155  * on them otherwise.
5156  * It returns -1 if no node is found.
5157  */
5158 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5159 {
5160         int n, val;
5161         int min_val = INT_MAX;
5162         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5163         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5164
5165         /* Use the local node if we haven't already */
5166         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5167                 node_set(node, *used_node_mask);
5168                 return node;
5169         }
5170
5171         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5172
5173                 /* Don't want a node to appear more than once */
5174                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5175                         continue;
5176
5177                 /* Use the distance array to find the distance */
5178                 val = node_distance(node, n);
5179
5180                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5181                 val += (n < node);
5182
5183                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5184                 tmp = cpumask_of_node(n);
5185                 if (!cpumask_empty(tmp))
5186                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5187
5188                 /* Slight preference for less loaded node */
5189                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5190                 val += node_load[n];
5191
5192                 if (val < min_val) {
5193                         min_val = val;
5194                         best_node = n;
5195                 }
5196         }
5197
5198         if (best_node >= 0)
5199                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5200
5201         return best_node;
5202 }
5203
5204
5205 /*
5206  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5207  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5208  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5209  */
5210 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5211                 unsigned nr_nodes)
5212 {
5213         struct zoneref *zonerefs;
5214         int i;
5215
5216         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5217
5218         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5219                 int nr_zones;
5220
5221                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5222
5223                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5224                 zonerefs += nr_zones;
5225         }
5226         zonerefs->zone = NULL;
5227         zonerefs->zone_idx = 0;
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Build gfp_thisnode zonelists
5232  */
5233 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5234 {
5235         struct zoneref *zonerefs;
5236         int nr_zones;
5237
5238         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5239         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5240         zonerefs += nr_zones;
5241         zonerefs->zone = NULL;
5242         zonerefs->zone_idx = 0;
5243 }
5244
5245 /*
5246  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5247  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5248  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5249  * may still exist in local DMA zone.
5250  */
5251
5252 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5253 {
5254         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5255         int node, load, nr_nodes = 0;
5256         nodemask_t used_mask;
5257         int local_node, prev_node;
5258
5259         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5260         local_node = pgdat->node_id;
5261         load = nr_online_nodes;
5262         prev_node = local_node;
5263         nodes_clear(used_mask);
5264
5265         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5266         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5267                 /*
5268                  * We don't want to pressure a particular node.
5269                  * So adding penalty to the first node in same
5270                  * distance group to make it round-robin.
5271                  */
5272                 if (node_distance(local_node, node) !=
5273                     node_distance(local_node, prev_node))
5274                         node_load[node] = load;
5275
5276                 node_order[nr_nodes++] = node;
5277                 prev_node = node;
5278                 load--;
5279         }
5280
5281         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5282         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5283 }
5284
5285 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5286 /*
5287  * Return node id of node used for "local" allocations.
5288  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5289  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5290  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5291  */
5292 int local_memory_node(int node)
5293 {
5294         struct zoneref *z;
5295
5296         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5297                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5298                                    NULL);
5299         return zone_to_nid(z->zone);
5300 }
5301 #endif
5302
5303 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5304 static void setup_min_slab_ratio(void);
5305 #else   /* CONFIG_NUMA */
5306
5307 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5308 {
5309         int node, local_node;
5310         struct zoneref *zonerefs;
5311         int nr_zones;
5312
5313         local_node = pgdat->node_id;
5314
5315         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5316         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5317         zonerefs += nr_zones;
5318
5319         /*
5320          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5321          * of all the other nodes.
5322          * We don't want to pressure a particular node, so when
5323          * building the zones for node N, we make sure that the
5324          * zones coming right after the local ones are those from
5325          * node N+1 (modulo N)
5326          */
5327         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5328                 if (!node_online(node))
5329                         continue;
5330                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5331                 zonerefs += nr_zones;
5332         }
5333         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5334                 if (!node_online(node))
5335                         continue;
5336                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5337                 zonerefs += nr_zones;
5338         }
5339
5340         zonerefs->zone = NULL;
5341         zonerefs->zone_idx = 0;
5342 }
5343
5344 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5345
5346 /*
5347  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5348  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5349  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5350  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5351  * with interrupts disabled.
5352  *
5353  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5354  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5355  * hotplugged processors.
5356  *
5357  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5358  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5359  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5360  */
5361 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5362 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5363 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5364
5365 static void __build_all_zonelists(void *data)
5366 {
5367         int nid;
5368         int __maybe_unused cpu;
5369         pg_data_t *self = data;
5370         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5371
5372         spin_lock(&lock);
5373
5374 #ifdef CONFIG_NUMA
5375         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5376 #endif
5377
5378         /*
5379          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5380          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5381          */
5382         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5383                 build_zonelists(self);
5384         } else {
5385                 for_each_online_node(nid) {
5386                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5387
5388                         build_zonelists(pgdat);
5389                 }
5390
5391 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5392                 /*
5393                  * We now know the "local memory node" for each node--
5394                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5395                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5396                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5397                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5398                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5399                  */
5400                 for_each_online_cpu(cpu)
5401                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5402 #endif
5403         }
5404
5405         spin_unlock(&lock);
5406 }
5407
5408 static noinline void __init
5409 build_all_zonelists_init(void)
5410 {
5411         int cpu;
5412
5413         __build_all_zonelists(NULL);
5414
5415         /*
5416          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5417          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5418          * each zone will be allocated later when the per cpu
5419          * allocator is available.
5420          *
5421          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5422          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5423          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5424          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5425          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5426          * (a chicken-egg dilemma).
5427          */
5428         for_each_possible_cpu(cpu)
5429                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5430
5431         mminit_verify_zonelist();
5432         cpuset_init_current_mems_allowed();
5433 }
5434
5435 /*
5436  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5437  *
5438  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5439  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5440  */
5441 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5442 {
5443         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5444                 build_all_zonelists_init();
5445         } else {
5446                 __build_all_zonelists(pgdat);
5447                 /* cpuset refresh routine should be here */
5448         }
5449         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5450         /*
5451          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5452          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5453          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5454          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5455          * disabled and enable it later
5456          */
5457         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5458                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5459         else
5460                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5461
5462         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5463                 nr_online_nodes,
5464                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5465                 vm_total_pages);
5466 #ifdef CONFIG_NUMA
5467         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5468 #endif
5469 }
5470
5471 /*
5472  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5473  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5474  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5475  */
5476 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5477                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5478                 struct vmem_altmap *altmap)
5479 {
5480         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5481         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5482         unsigned long pfn;
5483         unsigned long nr_initialised = 0;
5484         struct page *page;
5485 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5486         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5487 #endif
5488
5489         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5490                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5491
5492         /*
5493          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5494          * memory
5495          */
5496         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5497                 start_pfn += altmap->reserve;
5498
5499         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5500                 /*
5501                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5502                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5503                  */
5504                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5505                         goto not_early;
5506
5507                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5508                         continue;
5509                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5510                         continue;
5511                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5512                         break;
5513
5514 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5515                 /*
5516                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5517                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5518                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5519                  */
5520                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5521                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5522                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5523                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5524                                                 break;
5525                                 r = tmp;
5526                         }
5527                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5528                             memblock_is_mirror(r)) {
5529                                 /* already initialized as NORMAL */
5530                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5531                                 continue;
5532                         }
5533                 }
5534 #endif
5535
5536 not_early:
5537                 page = pfn_to_page(pfn);
5538                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5539                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5540                         SetPageReserved(page);
5541
5542                 /*
5543                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5544                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5545                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5546                  * the address space during boot when many long-lived
5547                  * kernel allocations are made.
5548                  *
5549                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5550                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5551                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5552                  * pfn out of zone.
5553                  *
5554                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5555                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5556                  */
5557                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5558                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5559                         cond_resched();
5560                 }
5561         }
5562 }
5563
5564 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5565 {
5566         unsigned int order, t;
5567         for_each_migratetype_order(order, t) {
5568                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5569                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5570         }
5571 }
5572
5573 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5574 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5575         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5576 #endif
5577
5578 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5579 {
5580 #ifdef CONFIG_MMU
5581         int batch;
5582
5583         /*
5584          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5585          * size of the zone.
5586          */
5587         batch = zone->managed_pages / 1024;
5588         /* But no more than a meg. */
5589         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5590                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5591         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5592         if (batch < 1)
5593                 batch = 1;
5594
5595         /*
5596          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5597          * of 2 value was found to be more likely to have
5598          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5599          *
5600          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5601          * batches of pages, one task can end up with a lot
5602          * of pages of one half of the possible page colors
5603          * and the other with pages of the other colors.
5604          */
5605         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5606
5607         return batch;
5608
5609 #else
5610         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5611          * conditions.
5612          *
5613          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5614          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5615          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5616          *
5617          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5618          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5619          * can be a significant delay between the individual batches being
5620          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5621          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5622          */
5623         return 0;
5624 #endif
5625 }
5626
5627 /*
5628  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5629  * ->batch must never be higher then ->high.
5630  * The following function updates them in a safe manner without read side
5631  * locking.
5632  *
5633  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5634  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5635  *
5636  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5637  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5638  * exist).
5639  */
5640 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5641                 unsigned long batch)
5642 {
5643        /* start with a fail safe value for batch */
5644         pcp->batch = 1;
5645         smp_wmb();
5646
5647        /* Update high, then batch, in order */
5648         pcp->high = high;
5649         smp_wmb();
5650
5651         pcp->batch = batch;
5652 }
5653
5654 /* a companion to pageset_set_high() */
5655 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5656 {
5657         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5658 }
5659
5660 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5661 {
5662         struct per_cpu_pages *pcp;
5663         int migratetype;
5664
5665         memset(p, 0, sizeof(*p));
5666
5667         pcp = &p->pcp;
5668         pcp->count = 0;
5669         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5670                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5671 }
5672
5673 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5674 {
5675         pageset_init(p);
5676         pageset_set_batch(p, batch);
5677 }
5678
5679 /*
5680  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5681  * to the value high for the pageset p.
5682  */
5683 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5684                                 unsigned long high)
5685 {
5686         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5687         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5688                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5689
5690         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5691 }
5692
5693 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5694                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5695 {
5696         if (percpu_pagelist_fraction)
5697                 pageset_set_high(pcp,
5698                         (zone->managed_pages /
5699                                 percpu_pagelist_fraction));
5700         else
5701                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5702 }
5703
5704 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5705 {
5706         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5707
5708         pageset_init(pcp);
5709         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5710 }
5711
5712 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5713 {
5714         int cpu;
5715         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5716         for_each_possible_cpu(cpu)
5717                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5718 }
5719
5720 /*
5721  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5722  * Before this call only boot pagesets were available.
5723  */
5724 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5725 {
5726         struct pglist_data *pgdat;
5727         struct zone *zone;
5728
5729         for_each_populated_zone(zone)
5730                 setup_zone_pageset(zone);
5731
5732         for_each_online_pgdat(pgdat)
5733                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5734                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5735 }
5736
5737 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5738 {
5739         /*
5740          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5741          * relies on the ability of the linker to provide the
5742          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5743          */
5744         zone->pageset = &boot_pageset;
5745
5746         if (populated_zone(zone))
5747                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5748                         zone->name, zone->present_pages,
5749                                          zone_batchsize(zone));
5750 }
5751
5752 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5753                                         unsigned long zone_start_pfn,
5754                                         unsigned long size)
5755 {
5756         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5757         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
5758
5759         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
5760                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
5761
5762         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5763
5764         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5765                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5766                         pgdat->node_id,
5767                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5768                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5769
5770         zone_init_free_lists(zone);
5771         zone->initialized = 1;
5772 }
5773
5774 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5775 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5776
5777 /*
5778  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5779  */
5780 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5781                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5782 {
5783         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5784         int nid;
5785
5786         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5787                 return state->last_nid;
5788
5789         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5790         if (nid != -1) {
5791                 state->last_start = start_pfn;
5792                 state->last_end = end_pfn;
5793                 state->last_nid = nid;
5794         }
5795
5796         return nid;
5797 }
5798 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5799
5800 /**
5801  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5802  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5803  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5804  *
5805  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5806  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5807  * memblock_free_early_nid() manually.
5808  */
5809 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5810 {
5811         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5812         int i, this_nid;
5813
5814         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5815                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5816                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5817
5818                 if (start_pfn < end_pfn)
5819                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5820                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5821                                         this_nid);
5822         }
5823 }
5824
5825 /**
5826  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5827  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5828  *
5829  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5830  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5831  */
5832 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5833 {
5834         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5835         int i, this_nid;
5836
5837         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5838                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5839 }
5840
5841 /**
5842  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5843  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5844  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5845  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5846  *
5847  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5848  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5849  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5850  * PFNs will be 0.
5851  */
5852 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5853                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5854 {
5855         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5856         int i;
5857
5858         *start_pfn = -1UL;
5859         *end_pfn = 0;
5860
5861         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5862                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5863                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5864         }
5865
5866         if (*start_pfn == -1UL)
5867                 *start_pfn = 0;
5868 }
5869
5870 /*
5871  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5872  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5873  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5874  */
5875 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5876 {
5877         int zone_index;
5878         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5879                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5880                         continue;
5881
5882                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5883                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5884                         break;
5885         }
5886
5887         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5888         movable_zone = zone_index;
5889 }
5890
5891 /*
5892  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5893  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5894  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5895  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5896  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5897  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5898  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5899  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5900  */
5901 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5902                                         unsigned long zone_type,
5903                                         unsigned long node_start_pfn,
5904                                         unsigned long node_end_pfn,
5905                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5906                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5907 {
5908         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5909         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5910                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5911                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5912                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5913                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5914                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5915
5916                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5917                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5918                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5919                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5920                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5921
5922                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5923                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5924                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5925         }
5926 }
5927
5928 /*
5929  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5930  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5931  */
5932 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5933                                         unsigned long zone_type,
5934                                         unsigned long node_start_pfn,
5935                                         unsigned long node_end_pfn,
5936                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5937                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5938                                         unsigned long *ignored)
5939 {
5940         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5941         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5942         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5943         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5944                 return 0;
5945
5946         /* Get the start and end of the zone */
5947         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5948         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5949         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5950                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5951                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5952
5953         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5954         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5955                 return 0;
5956
5957         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5958         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5959         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5960
5961         /* Return the spanned pages */
5962         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5963 }
5964
5965 /*
5966  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5967  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5968  */
5969 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5970                                 unsigned long range_start_pfn,
5971                                 unsigned long range_end_pfn)
5972 {
5973         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5974         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5975         int i;
5976
5977         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5978                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5979                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5980                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5981         }
5982         return nr_absent;
5983 }
5984
5985 /**
5986  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5987  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5988  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5989  *
5990  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5991  */
5992 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5993                                                         unsigned long end_pfn)
5994 {
5995         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5996 }
5997
5998 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5999 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6000                                         unsigned long zone_type,
6001                                         unsigned long node_start_pfn,
6002                                         unsigned long node_end_pfn,
6003                                         unsigned long *ignored)
6004 {
6005         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6006         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6007         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6008         unsigned long nr_absent;
6009
6010         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6011         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6012                 return 0;
6013
6014         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6015         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6016
6017         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6018                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6019                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6020         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6021
6022         /*
6023          * ZONE_MOVABLE handling.
6024          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6025          * and vice versa.
6026          */
6027         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6028                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6029                 struct memblock_region *r;
6030
6031                 for_each_memblock(memory, r) {
6032                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6033                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6034                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6035                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6036
6037                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6038                             memblock_is_mirror(r))
6039                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6040
6041                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6042                             !memblock_is_mirror(r))
6043                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6044                 }
6045         }
6046
6047         return nr_absent;
6048 }
6049
6050 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6051 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6052                                         unsigned long zone_type,
6053                                         unsigned long node_start_pfn,
6054                                         unsigned long node_end_pfn,
6055                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6056                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6057                                         unsigned long *zones_size)
6058 {
6059         unsigned int zone;
6060
6061         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6062         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6063                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6064
6065         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6066
6067         return zones_size[zone_type];
6068 }
6069
6070 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6071                                                 unsigned long zone_type,
6072                                                 unsigned long node_start_pfn,
6073                                                 unsigned long node_end_pfn,
6074                                                 unsigned long *zholes_size)
6075 {
6076         if (!zholes_size)
6077                 return 0;
6078
6079         return zholes_size[zone_type];
6080 }
6081
6082 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6083
6084 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6085                                                 unsigned long node_start_pfn,
6086                                                 unsigned long node_end_pfn,
6087                                                 unsigned long *zones_size,
6088                                                 unsigned long *zholes_size)
6089 {
6090         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6091         enum zone_type i;
6092
6093         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6094                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6095                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6096                 unsigned long size, real_size;
6097
6098                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6099                                                   node_start_pfn,
6100                                                   node_end_pfn,
6101                                                   &zone_start_pfn,
6102                                                   &zone_end_pfn,
6103                                                   zones_size);
6104                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6105                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6106                                                   zholes_size);
6107                 if (size)
6108                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6109                 else
6110                         zone->zone_start_pfn = 0;
6111                 zone->spanned_pages = size;
6112                 zone->present_pages = real_size;
6113
6114                 totalpages += size;
6115                 realtotalpages += real_size;
6116         }
6117
6118         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6119         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6120         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6121                                                         realtotalpages);
6122 }
6123
6124 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6125 /*
6126  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6127  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6128  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6129  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6130  * bytes.
6131  */
6132 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6133 {
6134         unsigned long usemapsize;
6135
6136         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6137         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6138         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6139         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6140         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6141
6142         return usemapsize / 8;
6143 }
6144
6145 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6146                                 struct zone *zone,
6147                                 unsigned long zone_start_pfn,
6148                                 unsigned long zonesize)
6149 {
6150         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6151         zone->pageblock_flags = NULL;
6152         if (usemapsize)
6153                 zone->pageblock_flags =
6154                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6155                                                          pgdat->node_id);
6156 }
6157 #else
6158 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6159                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6160 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6161
6162 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6163
6164 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6165 void __init set_pageblock_order(void)
6166 {
6167         unsigned int order;
6168
6169         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6170         if (pageblock_order)
6171                 return;
6172
6173         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6174                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6175         else
6176                 order = MAX_ORDER - 1;
6177
6178         /*
6179          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6180          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6181          * powerpc.
6182          */
6183         pageblock_order = order;
6184 }
6185 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6186
6187 /*
6188  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6189  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6190  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6191  * the kernel config
6192  */
6193 void __init set_pageblock_order(void)
6194 {
6195 }
6196
6197 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6198
6199 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6200                                                 unsigned long present_pages)
6201 {
6202         unsigned long pages = spanned_pages;
6203
6204         /*
6205          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6206          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6207          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6208          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6209          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6210          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6211          */
6212         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6213             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6214                 pages = present_pages;
6215
6216         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6217 }
6218
6219 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6220 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6221 {
6222         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6223         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6224         pgdat->split_queue_len = 0;
6225 }
6226 #else
6227 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6228 #endif
6229
6230 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6231 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6232 {
6233         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6234 }
6235 #else
6236 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6237 #endif
6238
6239 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6240 {
6241         pgdat_resize_init(pgdat);
6242
6243         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6244         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6245
6246         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6247         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6248
6249         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6250         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6251         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6252 }
6253
6254 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6255                                                         unsigned long remaining_pages)
6256 {
6257         zone->managed_pages = remaining_pages;
6258         zone_set_nid(zone, nid);
6259         zone->name = zone_names[idx];
6260         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6261         spin_lock_init(&zone->lock);
6262         zone_seqlock_init(zone);
6263         zone_pcp_init(zone);
6264 }
6265
6266 /*
6267  * Set up the zone data structures
6268  * - init pgdat internals
6269  * - init all zones belonging to this node
6270  *
6271  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6272  */
6273 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6274 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6275 {
6276         enum zone_type z;
6277         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6278
6279         pgdat_init_internals(pgdat);
6280         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6281                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6282 }
6283 #endif
6284
6285 /*
6286  * Set up the zone data structures:
6287  *   - mark all pages reserved
6288  *   - mark all memory queues empty
6289  *   - clear the memory bitmaps
6290  *
6291  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6292  * NOTE: this function is only called during early init.
6293  */
6294 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6295 {
6296         enum zone_type j;
6297         int nid = pgdat->node_id;
6298
6299         pgdat_init_internals(pgdat);
6300         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6301
6302         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6303                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6304                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6305                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6306
6307                 size = zone->spanned_pages;
6308                 freesize = zone->present_pages;
6309
6310                 /*
6311                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6312                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6313                  * and per-cpu initialisations
6314                  */
6315                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6316                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6317                         if (freesize >= memmap_pages) {
6318                                 freesize -= memmap_pages;
6319                                 if (memmap_pages)
6320                                         printk(KERN_DEBUG
6321                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6322                                                zone_names[j], memmap_pages);
6323                         } else
6324                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6325                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6326                 }
6327
6328                 /* Account for reserved pages */
6329                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6330                         freesize -= dma_reserve;
6331                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6332                                         zone_names[0], dma_reserve);
6333                 }
6334
6335                 if (!is_highmem_idx(j))
6336                         nr_kernel_pages += freesize;
6337                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6338                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6339                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6340                 nr_all_pages += freesize;
6341
6342                 /*
6343                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6344                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6345                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6346                  */
6347                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6348
6349                 if (!size)
6350                         continue;
6351
6352                 set_pageblock_order();
6353                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6354                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6355                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6356         }
6357 }
6358
6359 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6360 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6361 {
6362         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6363         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6364
6365         /* Skip empty nodes */
6366         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6367                 return;
6368
6369         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6370         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6371         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6372         if (!pgdat->node_mem_map) {
6373                 unsigned long size, end;
6374                 struct page *map;
6375
6376                 /*
6377                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6378                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6379                  * for the buddy allocator to function correctly.
6380                  */
6381                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6382                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6383                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6384                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6385                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6386         }
6387         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6388                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6389                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6390 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6391         /*
6392          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6393          */
6394         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6395                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6396 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6397                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6398                         mem_map -= offset;
6399 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6400         }
6401 #endif
6402 }
6403 #else
6404 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6405 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6406
6407 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6408 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6409 {
6410         /*
6411          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6412          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6413          */
6414         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6415                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6416         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6417 }
6418 #else
6419 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6420 #endif
6421
6422 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6423                                    unsigned long node_start_pfn,
6424                                    unsigned long *zholes_size)
6425 {
6426         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6427         unsigned long start_pfn = 0;
6428         unsigned long end_pfn = 0;
6429
6430         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6431         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6432
6433         pgdat->node_id = nid;
6434         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6435         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6436 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6437         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6438         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6439                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6440                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6441 #else
6442         start_pfn = node_start_pfn;
6443 #endif
6444         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6445                                   zones_size, zholes_size);
6446
6447         alloc_node_mem_map(pgdat);
6448         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6449
6450         free_area_init_core(pgdat);
6451 }
6452
6453 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6454 /*
6455  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6456  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6457  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6458  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6459  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6460  */
6461 void __init zero_resv_unavail(void)
6462 {
6463         phys_addr_t start, end;
6464         unsigned long pfn;
6465         u64 i, pgcnt;
6466
6467         /*
6468          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6469          * physical memory backing.
6470          */
6471         pgcnt = 0;
6472         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6473                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6474                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6475                                 pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6476                                         + pageblock_nr_pages - 1;
6477                                 continue;
6478                         }
6479                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6480                         pgcnt++;
6481                 }
6482         }
6483
6484         /*
6485          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6486          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6487          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6488          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6489          * this code can be removed.
6490          */
6491         if (pgcnt)
6492                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6493 }
6494 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6495
6496 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6497
6498 #if MAX_NUMNODES > 1
6499 /*
6500  * Figure out the number of possible node ids.
6501  */
6502 void __init setup_nr_node_ids(void)
6503 {
6504         unsigned int highest;
6505
6506         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6507         nr_node_ids = highest + 1;
6508 }
6509 #endif
6510
6511 /**
6512  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6513  *
6514  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6515  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6516  * all the nodes.
6517  *
6518  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6519  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6520  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6521  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6522  *
6523  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6524  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6525  * populated node map.
6526  *
6527  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6528  * requirement (single node).
6529  */
6530 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6531 {
6532         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6533         unsigned long start, end, mask;
6534         int last_nid = -1;
6535         int i, nid;
6536
6537         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6538                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6539                         last_nid = nid;
6540                         last_end = end;
6541                         continue;
6542                 }
6543
6544                 /*
6545                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6546                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6547                  * too coarse to separate the current node from the last.
6548                  */
6549                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6550                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6551                         mask <<= 1;
6552
6553                 /* accumulate all internode masks */
6554                 accl_mask |= mask;
6555         }
6556
6557         /* convert mask to number of pages */
6558         return ~accl_mask + 1;
6559 }
6560
6561 /* Find the lowest pfn for a node */
6562 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6563 {
6564         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6565         unsigned long start_pfn;
6566         int i;
6567
6568         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6569                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6570
6571         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6572                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6573                 return 0;
6574         }
6575
6576         return min_pfn;
6577 }
6578
6579 /**
6580  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6581  *
6582  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6583  * memblock_set_node().
6584  */
6585 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6586 {
6587         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6588 }
6589
6590 /*
6591  * early_calculate_totalpages()
6592  * Sum pages in active regions for movable zone.
6593  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6594  */
6595 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6596 {
6597         unsigned long totalpages = 0;
6598         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6599         int i, nid;
6600
6601         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6602                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6603
6604                 totalpages += pages;
6605                 if (pages)
6606                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6607         }
6608         return totalpages;
6609 }
6610
6611 /*
6612  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6613  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6614  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6615  * others
6616  */
6617 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6618 {
6619         int i, nid;
6620         unsigned long usable_startpfn;
6621         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6622         /* save the state before borrow the nodemask */
6623         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6624         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6625         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6626         struct memblock_region *r;
6627
6628         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6629         find_usable_zone_for_movable();
6630
6631         /*
6632          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6633          * options.
6634          */
6635         if (movable_node_is_enabled()) {
6636                 for_each_memblock(memory, r) {
6637                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6638                                 continue;
6639
6640                         nid = r->nid;
6641
6642                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6643                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6644                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6645                                 usable_startpfn;
6646                 }
6647
6648                 goto out2;
6649         }
6650
6651         /*
6652          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6653          */
6654         if (mirrored_kernelcore) {
6655                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6656
6657                 for_each_memblock(memory, r) {
6658                         if (memblock_is_mirror(r))
6659                                 continue;
6660
6661                         nid = r->nid;
6662
6663                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6664
6665                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6666                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6667                                 continue;
6668                         }
6669
6670                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6671                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6672                                 usable_startpfn;
6673                 }
6674
6675                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6676                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6677
6678                 goto out2;
6679         }
6680
6681         /*
6682          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6683          * amount of necessary memory.
6684          */
6685         if (required_kernelcore_percent)
6686                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6687                                        10000UL;
6688         if (required_movablecore_percent)
6689                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6690                                         10000UL;
6691
6692         /*
6693          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6694          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6695          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6696          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6697          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6698          * what movablecore would have allowed.
6699          */
6700         if (required_movablecore) {
6701                 unsigned long corepages;
6702
6703                 /*
6704                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6705                  * was requested by the user
6706                  */
6707                 required_movablecore =
6708                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6709                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6710                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6711
6712                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6713         }
6714
6715         /*
6716          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6717          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6718          */
6719         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6720                 goto out;
6721
6722         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6723         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6724
6725 restart:
6726         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6727         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6728         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6729                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6730
6731                 /*
6732                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6733                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6734                  * amount of memory for the kernel
6735                  */
6736                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6737                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6738
6739                 /*
6740                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6741                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6742                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6743                  */
6744                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6745
6746                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6747                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6748                         unsigned long size_pages;
6749
6750                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6751                         if (start_pfn >= end_pfn)
6752                                 continue;
6753
6754                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6755                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6756                                 unsigned long kernel_pages;
6757                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6758                                                                 - start_pfn;
6759
6760                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6761                                                         kernelcore_remaining);
6762                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6763                                                         required_kernelcore);
6764
6765                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6766                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6767
6768                                         /*
6769                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6770                                          * that if we have to rebalance
6771                                          * kernelcore across nodes, we will
6772                                          * not double account here
6773                                          */
6774                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6775                                         continue;
6776                                 }
6777                                 start_pfn = usable_startpfn;
6778                         }
6779
6780                         /*
6781                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6782                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6783                          * number of pages used as kernelcore
6784                          */
6785                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6786                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6787                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6788                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6789
6790                         /*
6791                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6792                          * break if the kernelcore for this node has been
6793                          * satisfied
6794                          */
6795                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6796                                                                 size_pages);
6797                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6798                         if (!kernelcore_remaining)
6799                                 break;
6800                 }
6801         }
6802
6803         /*
6804          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6805          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6806          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6807          * satisfied
6808          */
6809         usable_nodes--;
6810         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6811                 goto restart;
6812
6813 out2:
6814         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6815         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6816                 zone_movable_pfn[nid] =
6817                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6818
6819 out:
6820         /* restore the node_state */
6821         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6822 }
6823
6824 /* Any regular or high memory on that node ? */
6825 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6826 {
6827         enum zone_type zone_type;
6828
6829         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6830                 return;
6831
6832         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6833                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6834                 if (populated_zone(zone)) {
6835                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6836                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6837                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6838                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6839                         break;
6840                 }
6841         }
6842 }
6843
6844 /**
6845  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6846  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6847  *
6848  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6849  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6850  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6851  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6852  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6853  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6854  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6855  * at arch_max_dma_pfn.
6856  */
6857 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6858 {
6859         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6860         int i, nid;
6861
6862         /* Record where the zone boundaries are */
6863         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6864                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6865         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6866                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6867
6868         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6869
6870         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6871                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6872                         continue;
6873
6874                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6875                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6876                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6877
6878                 start_pfn = end_pfn;
6879         }
6880
6881         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6882         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6883         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6884
6885         /* Print out the zone ranges */
6886         pr_info("Zone ranges:\n");
6887         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6888                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6889                         continue;
6890                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6891                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6892                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6893                         pr_cont("empty\n");
6894                 else
6895                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6896                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6897                                         << PAGE_SHIFT,
6898                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6899                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6900         }
6901
6902         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6903         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6904         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6905                 if (zone_movable_pfn[i])
6906                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6907                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6908         }
6909
6910         /* Print out the early node map */
6911         pr_info("Early memory node ranges\n");
6912         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6913                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6914                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6915                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6916
6917         /* Initialise every node */
6918         mminit_verify_pageflags_layout();
6919         setup_nr_node_ids();
6920         zero_resv_unavail();
6921         for_each_online_node(nid) {
6922                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6923                 free_area_init_node(nid, NULL,
6924                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6925
6926                 /* Any memory on that node */
6927                 if (pgdat->node_present_pages)
6928                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6929                 check_for_memory(pgdat, nid);
6930         }
6931 }
6932
6933 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6934                                      unsigned long *percent)
6935 {
6936         unsigned long long coremem;
6937         char *endptr;
6938
6939         if (!p)
6940                 return -EINVAL;
6941
6942         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6943         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6944         if (*endptr == '%') {
6945                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6946                 WARN_ON(coremem > 100);
6947
6948                 *percent = coremem;
6949         } else {
6950                 coremem = memparse(p, &p);
6951                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6952                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6953
6954                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6955                 *percent = 0UL;
6956         }
6957         return 0;
6958 }
6959
6960 /*
6961  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6962  * cannot be reclaimed or migrated.
6963  */
6964 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6965 {
6966         /* parse kernelcore=mirror */
6967         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6968                 mirrored_kernelcore = true;
6969                 return 0;
6970         }
6971
6972         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6973                                   &required_kernelcore_percent);
6974 }
6975
6976 /*
6977  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6978  * can be reclaimed or migrated.
6979  */
6980 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6981 {
6982         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6983                                   &required_movablecore_percent);
6984 }
6985
6986 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6987 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6988
6989 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6990
6991 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6992 {
6993         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6994         page_zone(page)->managed_pages += count;
6995         totalram_pages += count;
6996 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6997         if (PageHighMem(page))
6998                 totalhigh_pages += count;
6999 #endif
7000         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
7001 }
7002 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7003
7004 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7005 {
7006         void *pos;
7007         unsigned long pages = 0;
7008
7009         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7010         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7011         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7012                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7013                 void *direct_map_addr;
7014
7015                 /*
7016                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7017                  * because some architectures' virt_to_page()
7018                  * work with aliases.  Getting the direct map
7019                  * address ensures that we get a _writeable_
7020                  * alias for the memset().
7021                  */
7022                 direct_map_addr = page_address(page);
7023                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7024                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7025
7026                 free_reserved_page(page);
7027         }
7028
7029         if (pages && s)
7030                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7031                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7032
7033         return pages;
7034 }
7035 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7036
7037 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7038 void free_highmem_page(struct page *page)
7039 {
7040         __free_reserved_page(page);
7041         totalram_pages++;
7042         page_zone(page)->managed_pages++;
7043         totalhigh_pages++;
7044 }
7045 #endif
7046
7047
7048 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7049 {
7050         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7051         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7052
7053         physpages = get_num_physpages();
7054         codesize = _etext - _stext;
7055         datasize = _edata - _sdata;
7056         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7057         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7058         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7059         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7060
7061         /*
7062          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7063          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7064          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7065          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7066          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7067          */
7068 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7069         do { \
7070                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7071                         size -= adj; \
7072         } while (0)
7073
7074         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7075                      _sinittext, init_code_size);
7076         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7077         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7078         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7079         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7080
7081 #undef  adj_init_size
7082
7083         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7084 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7085                 ", %luK highmem"
7086 #endif
7087                 "%s%s)\n",
7088                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7089                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7090                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7091                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7092                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7093                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7094 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7095                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7096 #endif
7097                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7098 }
7099
7100 /**
7101  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7102  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7103  *
7104  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7105  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7106  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7107  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7108  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7109  * smaller per-cpu batchsize.
7110  */
7111 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7112 {
7113         dma_reserve = new_dma_reserve;
7114 }
7115
7116 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7117 {
7118         zero_resv_unavail();
7119         free_area_init_node(0, zones_size,
7120                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7121 }
7122
7123 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7124 {
7125
7126         lru_add_drain_cpu(cpu);
7127         drain_pages(cpu);
7128
7129         /*
7130          * Spill the event counters of the dead processor
7131          * into the current processors event counters.
7132          * This artificially elevates the count of the current
7133          * processor.
7134          */
7135         vm_events_fold_cpu(cpu);
7136
7137         /*
7138          * Zero the differential counters of the dead processor
7139          * so that the vm statistics are consistent.
7140          *
7141          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7142          * race with what we are doing.
7143          */
7144         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7145         return 0;
7146 }
7147
7148 void __init page_alloc_init(void)
7149 {
7150         int ret;
7151
7152         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7153                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7154                                         page_alloc_cpu_dead);
7155         WARN_ON(ret < 0);
7156 }
7157
7158 /*
7159  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7160  *      or min_free_kbytes changes.
7161  */
7162 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7163 {
7164         struct pglist_data *pgdat;
7165         unsigned long reserve_pages = 0;
7166         enum zone_type i, j;
7167
7168         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7169
7170                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7171
7172                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7173                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7174                         long max = 0;
7175
7176                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7177                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7178                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7179                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7180                         }
7181
7182                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7183                         max += high_wmark_pages(zone);
7184
7185                         if (max > zone->managed_pages)
7186                                 max = zone->managed_pages;
7187
7188                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7189
7190                         reserve_pages += max;
7191                 }
7192         }
7193         totalreserve_pages = reserve_pages;
7194 }
7195
7196 /*
7197  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7198  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7199  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7200  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7201  */
7202 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7203 {
7204         struct pglist_data *pgdat;
7205         enum zone_type j, idx;
7206
7207         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7208                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7209                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7210                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7211
7212                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7213
7214                         idx = j;
7215                         while (idx) {
7216                                 struct zone *lower_zone;
7217
7218                                 idx--;
7219                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7220
7221                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7222                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7223                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7224                                 } else {
7225                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7226                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7227                                 }
7228                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7229                         }
7230                 }
7231         }
7232
7233         /* update totalreserve_pages */
7234         calculate_totalreserve_pages();
7235 }
7236
7237 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7238 {
7239         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7240         unsigned long lowmem_pages = 0;
7241         struct zone *zone;
7242         unsigned long flags;
7243
7244         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7245         for_each_zone(zone) {
7246                 if (!is_highmem(zone))
7247                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7248         }
7249
7250         for_each_zone(zone) {
7251                 u64 tmp;
7252
7253                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7254                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7255                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7256                 if (is_highmem(zone)) {
7257                         /*
7258                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7259                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7260                          * value here.
7261                          *
7262                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7263                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7264                          * not be capped for highmem.
7265                          */
7266                         unsigned long min_pages;
7267
7268                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7269                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7270                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7271                 } else {
7272                         /*
7273                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7274                          * proportionate to the zone's size.
7275                          */
7276                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7277                 }
7278
7279                 /*
7280                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7281                  * scale factor in proportion to available memory, but
7282                  * ensure a minimum size on small systems.
7283                  */
7284                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7285                             mult_frac(zone->managed_pages,
7286                                       watermark_scale_factor, 10000));
7287
7288                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7289                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7290
7291                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7292         }
7293
7294         /* update totalreserve_pages */
7295         calculate_totalreserve_pages();
7296 }
7297
7298 /**
7299  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7300  * or when memory is hot-{added|removed}
7301  *
7302  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7303  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7304  */
7305 void setup_per_zone_wmarks(void)
7306 {
7307         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7308
7309         spin_lock(&lock);
7310         __setup_per_zone_wmarks();
7311         spin_unlock(&lock);
7312 }
7313
7314 /*
7315  * Initialise min_free_kbytes.
7316  *
7317  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7318  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7319  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7320  *
7321  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7322  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7323  *
7324  * which yields
7325  *
7326  * 16MB:        512k
7327  * 32MB:        724k
7328  * 64MB:        1024k
7329  * 128MB:       1448k
7330  * 256MB:       2048k
7331  * 512MB:       2896k
7332  * 1024MB:      4096k
7333  * 2048MB:      5792k
7334  * 4096MB:      8192k
7335  * 8192MB:      11584k
7336  * 16384MB:     16384k
7337  */
7338 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7339 {
7340         unsigned long lowmem_kbytes;
7341         int new_min_free_kbytes;
7342
7343         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7344         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7345
7346         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7347                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7348                 if (min_free_kbytes < 128)
7349                         min_free_kbytes = 128;
7350                 if (min_free_kbytes > 65536)
7351                         min_free_kbytes = 65536;
7352         } else {
7353                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7354                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7355         }
7356         setup_per_zone_wmarks();
7357         refresh_zone_stat_thresholds();
7358         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7359
7360 #ifdef CONFIG_NUMA
7361         setup_min_unmapped_ratio();
7362         setup_min_slab_ratio();
7363 #endif
7364
7365         return 0;
7366 }
7367 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7368
7369 /*
7370  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7371  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7372  *      changes.
7373  */
7374 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7375         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7376 {
7377         int rc;
7378
7379         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7380         if (rc)
7381                 return rc;
7382
7383         if (write) {
7384                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7385                 setup_per_zone_wmarks();
7386         }
7387         return 0;
7388 }
7389
7390 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7391         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7392 {
7393         int rc;
7394
7395         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7396         if (rc)
7397                 return rc;
7398
7399         if (write)
7400                 setup_per_zone_wmarks();
7401
7402         return 0;
7403 }
7404
7405 #ifdef CONFIG_NUMA
7406 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7407 {
7408         pg_data_t *pgdat;
7409         struct zone *zone;
7410
7411         for_each_online_pgdat(pgdat)
7412                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7413
7414         for_each_zone(zone)
7415                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7416                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7417 }
7418
7419
7420 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7421         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7422 {
7423         int rc;
7424
7425         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7426         if (rc)
7427                 return rc;
7428
7429         setup_min_unmapped_ratio();
7430
7431         return 0;
7432 }
7433
7434 static void setup_min_slab_ratio(void)
7435 {
7436         pg_data_t *pgdat;
7437         struct zone *zone;
7438
7439         for_each_online_pgdat(pgdat)
7440                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7441
7442         for_each_zone(zone)
7443                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7444                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7445 }
7446
7447 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7448         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7449 {
7450         int rc;
7451
7452         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7453         if (rc)
7454                 return rc;
7455
7456         setup_min_slab_ratio();
7457
7458         return 0;
7459 }
7460 #endif
7461
7462 /*
7463  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7464  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7465  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7466  *
7467  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7468  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7469  * if in function of the boot time zone sizes.
7470  */
7471 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7472         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7473 {
7474         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7475         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7476         return 0;
7477 }
7478
7479 /*
7480  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7481  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7482  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7483  */
7484 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7485         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7486 {
7487         struct zone *zone;
7488         int old_percpu_pagelist_fraction;
7489         int ret;
7490
7491         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7492         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7493
7494         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7495         if (!write || ret < 0)
7496                 goto out;
7497
7498         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7499         if (percpu_pagelist_fraction &&
7500             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7501                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7502                 ret = -EINVAL;
7503                 goto out;
7504         }
7505
7506         /* No change? */
7507         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7508                 goto out;
7509
7510         for_each_populated_zone(zone) {
7511                 unsigned int cpu;
7512
7513                 for_each_possible_cpu(cpu)
7514                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7515                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7516         }
7517 out:
7518         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7519         return ret;
7520 }
7521
7522 #ifdef CONFIG_NUMA
7523 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7524
7525 static int __init set_hashdist(char *str)
7526 {
7527         if (!str)
7528                 return 0;
7529         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7530         return 1;
7531 }
7532 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7533 #endif
7534
7535 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7536 /*
7537  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7538  * is not known to alloc_large_system_hash().
7539  */
7540 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7541 {
7542         return 0;
7543 }
7544 #endif
7545
7546 /*
7547  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7548  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7549  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7550  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7551  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7552  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7553  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7554  */
7555 #if __BITS_PER_LONG > 32
7556 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7557 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7558 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7559 #endif
7560
7561 /*
7562  * allocate a large system hash table from bootmem
7563  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7564  *   quantity of entries
7565  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7566  */
7567 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7568                                      unsigned long bucketsize,
7569                                      unsigned long numentries,
7570                                      int scale,
7571                                      int flags,
7572                                      unsigned int *_hash_shift,
7573                                      unsigned int *_hash_mask,
7574                                      unsigned long low_limit,
7575                                      unsigned long high_limit)
7576 {
7577         unsigned long long max = high_limit;
7578         unsigned long log2qty, size;
7579         void *table = NULL;
7580         gfp_t gfp_flags;
7581
7582         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7583         if (!numentries) {
7584                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7585                 numentries = nr_kernel_pages;
7586                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7587
7588                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7589                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7590                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7591
7592 #if __BITS_PER_LONG > 32
7593                 if (!high_limit) {
7594                         unsigned long adapt;
7595
7596                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7597                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7598                                 scale++;
7599                 }
7600 #endif
7601
7602                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7603                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7604                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7605                 else
7606                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7607
7608                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7609                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7610                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7611                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7612                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7613                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7614                                 BUG_ON(!numentries);
7615                         }
7616                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7617                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7618         }
7619         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7620
7621         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7622         if (max == 0) {
7623                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7624                 do_div(max, bucketsize);
7625         }
7626         max = min(max, 0x80000000ULL);
7627
7628         if (numentries < low_limit)
7629                 numentries = low_limit;
7630         if (numentries > max)
7631                 numentries = max;
7632
7633         log2qty = ilog2(numentries);
7634
7635         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7636         do {
7637                 size = bucketsize << log2qty;
7638                 if (flags & HASH_EARLY) {
7639                         if (flags & HASH_ZERO)
7640                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7641                         else
7642                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7643                 } else if (hashdist) {
7644                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7645                 } else {
7646                         /*
7647                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7648                          * some pages at the end of hash table which
7649                          * alloc_pages_exact() automatically does
7650                          */
7651                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7652                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7653                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7654                         }
7655                 }
7656         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7657
7658         if (!table)
7659                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7660
7661         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7662                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7663
7664         if (_hash_shift)
7665                 *_hash_shift = log2qty;
7666         if (_hash_mask)
7667                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7668
7669         return table;
7670 }
7671
7672 /*
7673  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7674  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7675  *
7676  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7677  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7678  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7679  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7680  */
7681 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7682                          int migratetype,
7683                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7684 {
7685         unsigned long pfn, iter, found;
7686
7687         /*
7688          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7689          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7690          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7691          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7692          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7693          */
7694
7695         /*
7696          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7697          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7698          * them movable here.
7699          */
7700         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7701                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7702                 return false;
7703
7704         pfn = page_to_pfn(page);
7705         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7706                 unsigned long check = pfn + iter;
7707
7708                 if (!pfn_valid_within(check))
7709                         continue;
7710
7711                 page = pfn_to_page(check);
7712
7713                 if (PageReserved(page))
7714                         goto unmovable;
7715
7716                 /*
7717                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
7718                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
7719                  * is movable.
7720                  */
7721                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7722                         continue;
7723
7724                 /*
7725                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7726                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7727                  * handle each tail page individually in migration.
7728                  */
7729                 if (PageHuge(page)) {
7730                         struct page *head = compound_head(page);
7731                         unsigned int skip_pages;
7732
7733                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
7734                                 goto unmovable;
7735
7736                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
7737                         iter += skip_pages - 1;
7738                         continue;
7739                 }
7740
7741                 /*
7742                  * We can't use page_count without pin a page
7743                  * because another CPU can free compound page.
7744                  * This check already skips compound tails of THP
7745                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7746                  */
7747                 if (!page_ref_count(page)) {
7748                         if (PageBuddy(page))
7749                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7750                         continue;
7751                 }
7752
7753                 /*
7754                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7755                  * page_count() is not 0.
7756                  */
7757                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7758                         continue;
7759
7760                 if (__PageMovable(page))
7761                         continue;
7762
7763                 if (!PageLRU(page))
7764                         found++;
7765                 /*
7766                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7767                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7768                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7769                  */
7770                 /*
7771                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7772                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7773                  *
7774                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7775                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7776                  * page at boot.
7777                  */
7778                 if (found > count)
7779                         goto unmovable;
7780         }
7781         return false;
7782 unmovable:
7783         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7784         return true;
7785 }
7786
7787 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7788
7789 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7790 {
7791         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7792                              pageblock_nr_pages) - 1);
7793 }
7794
7795 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7796 {
7797         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7798                                 pageblock_nr_pages));
7799 }
7800
7801 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7802 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7803                                         unsigned long start, unsigned long end)
7804 {
7805         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7806         unsigned long nr_reclaimed;
7807         unsigned long pfn = start;
7808         unsigned int tries = 0;
7809         int ret = 0;
7810
7811         migrate_prep();
7812
7813         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7814                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7815                         ret = -EINTR;
7816                         break;
7817                 }
7818
7819                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7820                         cc->nr_migratepages = 0;
7821                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7822                         if (!pfn) {
7823                                 ret = -EINTR;
7824                                 break;
7825                         }
7826                         tries = 0;
7827                 } else if (++tries == 5) {
7828                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7829                         break;
7830                 }
7831
7832                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7833                                                         &cc->migratepages);
7834                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7835
7836                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7837                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7838         }
7839         if (ret < 0) {
7840                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7841                 return ret;
7842         }
7843         return 0;
7844 }
7845
7846 /**
7847  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7848  * @start:      start PFN to allocate
7849  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7850  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7851  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7852  *                      in range must have the same migratetype and it must
7853  *                      be either of the two.
7854  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7855  *
7856  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7857  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7858  *
7859  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7860  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7861  * be modified by others.
7862  *
7863  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7864  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7865  * need to be freed with free_contig_range().
7866  */
7867 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7868                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7869 {
7870         unsigned long outer_start, outer_end;
7871         unsigned int order;
7872         int ret = 0;
7873
7874         struct compact_control cc = {
7875                 .nr_migratepages = 0,
7876                 .order = -1,
7877                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7878                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7879                 .ignore_skip_hint = true,
7880                 .no_set_skip_hint = true,
7881                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7882         };
7883         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7884
7885         /*
7886          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7887          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7888          * have different sizes, and due to the way page allocator
7889          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7890          * that page allocator won't try to merge buddies from
7891          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7892          * other migration type.
7893          *
7894          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7895          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7896          * we are interested in).  This will put all the pages in
7897          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7898          *
7899          * When this is done, we take the pages in range from page
7900          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7901          * page allocator will never consider using them.
7902          *
7903          * This lets us mark the pageblocks back as
7904          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7905          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7906          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7907          */
7908
7909         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7910                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7911                                        false);
7912         if (ret)
7913                 return ret;
7914
7915         /*
7916          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7917          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7918          * which will report the busy page.
7919          *
7920          * It is possible that busy pages could become available before
7921          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7922          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7923          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7924          */
7925         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7926         if (ret && ret != -EBUSY)
7927                 goto done;
7928         ret =0;
7929
7930         /*
7931          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7932          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7933          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7934          * What we are going to do is to allocate all pages from
7935          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7936          *
7937          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7938          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7939          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7940          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7941          * once this is done free the pages we are not interested in.
7942          *
7943          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7944          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7945          */
7946
7947         lru_add_drain_all();
7948         drain_all_pages(cc.zone);
7949
7950         order = 0;
7951         outer_start = start;
7952         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7953                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7954                         outer_start = start;
7955                         break;
7956                 }
7957                 outer_start &= ~0UL << order;
7958         }
7959
7960         if (outer_start != start) {
7961                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7962
7963                 /*
7964                  * outer_start page could be small order buddy page and
7965                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7966                  * in this case to report failed page properly
7967                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7968                  */
7969                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7970                         outer_start = start;
7971         }
7972
7973         /* Make sure the range is really isolated. */
7974         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7975                 ret = -EBUSY;
7976                 goto done;
7977         }
7978
7979         /* Grab isolated pages from freelists. */
7980         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7981         if (!outer_end) {
7982                 ret = -EBUSY;
7983                 goto done;
7984         }
7985
7986         /* Free head and tail (if any) */
7987         if (start != outer_start)
7988                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7989         if (end != outer_end)
7990                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7991
7992 done:
7993         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7994                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7995         return ret;
7996 }
7997
7998 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7999 {
8000         unsigned int count = 0;
8001
8002         for (; nr_pages--; pfn++) {
8003                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8004
8005                 count += page_count(page) != 1;
8006                 __free_page(page);
8007         }
8008         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8009 }
8010 #endif
8011
8012 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8013 /*
8014  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8015  * page high values need to be recalulated.
8016  */
8017 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8018 {
8019         unsigned cpu;
8020         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8021         for_each_possible_cpu(cpu)
8022                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8023                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8024         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8025 }
8026 #endif
8027
8028 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8029 {
8030         unsigned long flags;
8031         int cpu;
8032         struct per_cpu_pageset *pset;
8033
8034         /* avoid races with drain_pages()  */
8035         local_irq_save(flags);
8036         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8037                 for_each_online_cpu(cpu) {
8038                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8039                         drain_zonestat(zone, pset);
8040                 }
8041                 free_percpu(zone->pageset);
8042                 zone->pageset = &boot_pageset;
8043         }
8044         local_irq_restore(flags);
8045 }
8046
8047 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8048 /*
8049  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8050  * before calling this.
8051  */
8052 void
8053 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8054 {
8055         struct page *page;
8056         struct zone *zone;
8057         unsigned int order, i;
8058         unsigned long pfn;
8059         unsigned long flags;
8060         /* find the first valid pfn */
8061         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8062                 if (pfn_valid(pfn))
8063                         break;
8064         if (pfn == end_pfn)
8065                 return;
8066         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8067         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8068         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8069         pfn = start_pfn;
8070         while (pfn < end_pfn) {
8071                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8072                         pfn++;
8073                         continue;
8074                 }
8075                 page = pfn_to_page(pfn);
8076                 /*
8077                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8078                  * page_count() is not 0.
8079                  */
8080                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8081                         pfn++;
8082                         SetPageReserved(page);
8083                         continue;
8084                 }
8085
8086                 BUG_ON(page_count(page));
8087                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8088                 order = page_order(page);
8089 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8090                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8091                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8092 #endif
8093                 list_del(&page->lru);
8094                 rmv_page_order(page);
8095                 zone->free_area[order].nr_free--;
8096                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8097                         SetPageReserved((page+i));
8098                 pfn += (1 << order);
8099         }
8100         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8101 }
8102 #endif
8103
8104 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8105 {
8106         struct zone *zone = page_zone(page);
8107         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8108         unsigned long flags;
8109         unsigned int order;
8110
8111         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8112         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8113                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8114
8115                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8116                         break;
8117         }
8118         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8119
8120         return order < MAX_ORDER;
8121 }
8122
8123 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8124 /*
8125  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8126  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8127  * allocation.
8128  */
8129 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8130 {
8131         struct zone *zone = page_zone(page);
8132         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8133         unsigned long flags;
8134         unsigned int order;
8135         bool hwpoisoned = false;
8136
8137         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8138         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8139                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8140
8141                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8142                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8143                                 hwpoisoned = true;
8144                         break;
8145                 }
8146         }
8147         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8148
8149         return hwpoisoned;
8150 }
8151 #endif