Merge tag 'block-6.3-2023-04-06' of git://git.kernel.dk/linux
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/padata.h>
76 #include <linux/khugepaged.h>
77 #include <linux/buffer_head.h>
78 #include <linux/delayacct.h>
79 #include <asm/sections.h>
80 #include <asm/tlbflush.h>
81 #include <asm/div64.h>
82 #include "internal.h"
83 #include "shuffle.h"
84 #include "page_reporting.h"
85 #include "swap.h"
86
87 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
88 typedef int __bitwise fpi_t;
89
90 /* No special request */
91 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
92
93 /*
94  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
95  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
96  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
97  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
98  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
99  * putting it back unmodified.
100  */
101 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
102
103 /*
104  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
105  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
106  * shuffle the whole zone).
107  *
108  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
109  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
110  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
111  *       reporting).
112  */
113 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
114
115 /*
116  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
117  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
118  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
119  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
120  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
121  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
122  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
123  */
124 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
125
126 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
127 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
128 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
129
130 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
131 /*
132  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
133  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
134  */
135 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
136 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
137 #else
138
139 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
140 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
141 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
142 #endif
143
144 /*
145  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
146  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
147  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
148  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
149  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
150  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
151  */
152 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
153 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
154 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
155 #else
156 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
157 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
158 #endif
159
160 /*
161  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
162  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
163  */
164 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
165 ({                                                                      \
166         type *_ret;                                                     \
167         pcpu_task_pin();                                                \
168         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
169         spin_lock(&_ret->member);                                       \
170         _ret;                                                           \
171 })
172
173 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
174 ({                                                                      \
175         type *_ret;                                                     \
176         pcpu_task_pin();                                                \
177         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
178         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
179                 pcpu_task_unpin();                                      \
180                 _ret = NULL;                                            \
181         }                                                               \
182         _ret;                                                           \
183 })
184
185 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
186 ({                                                                      \
187         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
188         pcpu_task_unpin();                                              \
189 })
190
191 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
192 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
193         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
194
195 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
196         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
197
198 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
199         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
200
201 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
202 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
203 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
204 #endif
205
206 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
207
208 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
209 /*
210  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
211  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
212  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
213  * defined in <linux/topology.h>.
214  */
215 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
216 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
217 #endif
218
219 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
220
221 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
222 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
223 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
224 #endif
225
226 /*
227  * Array of node states.
228  */
229 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
230         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
231         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
232 #ifndef CONFIG_NUMA
233         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
236 #endif
237         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
238         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
239 #endif  /* NUMA */
240 };
241 EXPORT_SYMBOL(node_states);
242
243 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
244 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
245 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
246 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
247
248 int percpu_pagelist_high_fraction;
249 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
250 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
251 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
252
253 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
254 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
255
256 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
257                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
258 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
259 {
260
261         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
262 }
263 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
264
265 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
266                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
267 static int __init early_init_on_free(char *buf)
268 {
269         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
270 }
271 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
272
273 /*
274  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
275  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
276  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
277  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
278  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
279  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
280  */
281 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
282 {
283         return page->index;
284 }
285
286 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
287 {
288         page->index = migratetype;
289 }
290
291 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
292 /*
293  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
294  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
295  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
296  * they should always be called with system_transition_mutex held
297  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
298  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
299  * with that modification).
300  */
301
302 static gfp_t saved_gfp_mask;
303
304 void pm_restore_gfp_mask(void)
305 {
306         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
307         if (saved_gfp_mask) {
308                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
309                 saved_gfp_mask = 0;
310         }
311 }
312
313 void pm_restrict_gfp_mask(void)
314 {
315         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
316         WARN_ON(saved_gfp_mask);
317         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
318         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
319 }
320
321 bool pm_suspended_storage(void)
322 {
323         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
324                 return false;
325         return true;
326 }
327 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
328
329 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
330 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
331 #endif
332
333 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
334                             fpi_t fpi_flags);
335
336 /*
337  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
338  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
339  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
340  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
341  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
342  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
343  *
344  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
345  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
346  */
347 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
348 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
349         [ZONE_DMA] = 256,
350 #endif
351 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
352         [ZONE_DMA32] = 256,
353 #endif
354         [ZONE_NORMAL] = 32,
355 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
356         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
357 #endif
358         [ZONE_MOVABLE] = 0,
359 };
360
361 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
362 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
363          "DMA",
364 #endif
365 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
366          "DMA32",
367 #endif
368          "Normal",
369 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
370          "HighMem",
371 #endif
372          "Movable",
373 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
374          "Device",
375 #endif
376 };
377
378 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
379         "Unmovable",
380         "Movable",
381         "Reclaimable",
382         "HighAtomic",
383 #ifdef CONFIG_CMA
384         "CMA",
385 #endif
386 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
387         "Isolate",
388 #endif
389 };
390
391 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
392         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
393         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
394 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
395         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
396 #endif
397 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
398         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
399 #endif
400 };
401
402 int min_free_kbytes = 1024;
403 int user_min_free_kbytes = -1;
404 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
405 int watermark_scale_factor = 10;
406
407 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
408 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
409 static unsigned long dma_reserve __initdata;
410
411 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
412 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
413 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
414 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
415 static unsigned long required_movablecore __initdata;
416 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
417 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
418 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
419
420 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
421 int movable_zone;
422 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
423
424 #if MAX_NUMNODES > 1
425 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
426 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
427 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
428 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
429 #endif
430
431 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
432
433 bool deferred_struct_pages __meminitdata;
434
435 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
436 /*
437  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
438  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
439  * and we can permanently disable that path.
440  */
441 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
442
443 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
444 {
445         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
446 }
447
448 /* Returns true if the struct page for the pfn is initialised */
449 static inline bool __meminit early_page_initialised(unsigned long pfn)
450 {
451         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
452
453         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
454                 return false;
455
456         return true;
457 }
458
459 /*
460  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
461  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
462  */
463 static bool __meminit
464 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
465 {
466         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
467
468         if (early_page_ext_enabled())
469                 return false;
470         /*
471          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
472          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
473          */
474         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
475                 prev_end_pfn = end_pfn;
476                 nr_initialised = 0;
477         }
478
479         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
480         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
481                 return false;
482
483         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
484                 return true;
485         /*
486          * We start only with one section of pages, more pages are added as
487          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
488          */
489         nr_initialised++;
490         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
491             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
492                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
493                 return true;
494         }
495         return false;
496 }
497 #else
498 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
499 {
500         return false;
501 }
502
503 static inline bool early_page_initialised(unsigned long pfn)
504 {
505         return true;
506 }
507
508 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
509 {
510         return false;
511 }
512 #endif
513
514 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
515 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
516                                                         unsigned long pfn)
517 {
518 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
519         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
520 #else
521         return page_zone(page)->pageblock_flags;
522 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
523 }
524
525 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
526 {
527 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
528         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
529 #else
530         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
531 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
532         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
533 }
534
535 static __always_inline
536 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
537                                         unsigned long pfn,
538                                         unsigned long mask)
539 {
540         unsigned long *bitmap;
541         unsigned long bitidx, word_bitidx;
542         unsigned long word;
543
544         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
545         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
546         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
547         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
548         /*
549          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
550          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
551          * racy, are not corrupted.
552          */
553         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
554         return (word >> bitidx) & mask;
555 }
556
557 /**
558  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
559  * @page: The page within the block of interest
560  * @pfn: The target page frame number
561  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
562  *
563  * Return: pageblock_bits flags
564  */
565 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
566                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
567 {
568         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
569 }
570
571 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
572                                         unsigned long pfn)
573 {
574         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
575 }
576
577 /**
578  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
579  * @page: The page within the block of interest
580  * @flags: The flags to set
581  * @pfn: The target page frame number
582  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
583  */
584 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
585                                         unsigned long pfn,
586                                         unsigned long mask)
587 {
588         unsigned long *bitmap;
589         unsigned long bitidx, word_bitidx;
590         unsigned long word;
591
592         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
593         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
594
595         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
596         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
597         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
598         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
599
600         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
601
602         mask <<= bitidx;
603         flags <<= bitidx;
604
605         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
606         do {
607         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
608 }
609
610 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
611 {
612         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
613                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
614                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
615
616         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
617                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
618 }
619
620 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
621 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
622 {
623         int ret = 0;
624         unsigned seq;
625         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
626         unsigned long sp, start_pfn;
627
628         do {
629                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
630                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
631                 sp = zone->spanned_pages;
632                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
633                         ret = 1;
634         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
635
636         if (ret)
637                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
638                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
639                         start_pfn, start_pfn + sp);
640
641         return ret;
642 }
643
644 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
645 {
646         if (zone != page_zone(page))
647                 return 0;
648
649         return 1;
650 }
651 /*
652  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
653  */
654 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
655 {
656         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
657                 return 1;
658         if (!page_is_consistent(zone, page))
659                 return 1;
660
661         return 0;
662 }
663 #else
664 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
665 {
666         return 0;
667 }
668 #endif
669
670 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
671 {
672         static unsigned long resume;
673         static unsigned long nr_shown;
674         static unsigned long nr_unshown;
675
676         /*
677          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
678          * or allow a steady drip of one report per second.
679          */
680         if (nr_shown == 60) {
681                 if (time_before(jiffies, resume)) {
682                         nr_unshown++;
683                         goto out;
684                 }
685                 if (nr_unshown) {
686                         pr_alert(
687                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
688                                 nr_unshown);
689                         nr_unshown = 0;
690                 }
691                 nr_shown = 0;
692         }
693         if (nr_shown++ == 0)
694                 resume = jiffies + 60 * HZ;
695
696         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
697                 current->comm, page_to_pfn(page));
698         dump_page(page, reason);
699
700         print_modules();
701         dump_stack();
702 out:
703         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
704         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
705         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
706 }
707
708 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
709 {
710         int base = order;
711
712 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
713         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
714                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
715                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
716         }
717 #else
718         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
719 #endif
720
721         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
722 }
723
724 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
725 {
726         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
727
728 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
729         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
730                 order = pageblock_order;
731 #else
732         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
733 #endif
734
735         return order;
736 }
737
738 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
739 {
740         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
741                 return true;
742 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
743         if (order == pageblock_order)
744                 return true;
745 #endif
746         return false;
747 }
748
749 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
750 {
751         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
752                 free_unref_page(page, order);
753         else
754                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
755 }
756
757 /*
758  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
759  *
760  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
761  *
762  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
763  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
764  *
765  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
766  * page destructors. See compound_page_dtors.
767  *
768  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
769  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
770  */
771
772 void free_compound_page(struct page *page)
773 {
774         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
775         free_the_page(page, compound_order(page));
776 }
777
778 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
779 {
780         struct folio *folio = (struct folio *)page;
781
782         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
783         set_compound_order(page, order);
784         atomic_set(&folio->_entire_mapcount, -1);
785         atomic_set(&folio->_nr_pages_mapped, 0);
786         atomic_set(&folio->_pincount, 0);
787 }
788
789 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
790 {
791         struct page *p = head + tail_idx;
792
793         p->mapping = TAIL_MAPPING;
794         set_compound_head(p, head);
795         set_page_private(p, 0);
796 }
797
798 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
799 {
800         int i;
801         int nr_pages = 1 << order;
802
803         __SetPageHead(page);
804         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
805                 prep_compound_tail(page, i);
806
807         prep_compound_head(page, order);
808 }
809
810 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
811 {
812         enum compound_dtor_id dtor = folio->_folio_dtor;
813
814         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
815         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
816 }
817
818 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
819 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
820
821 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
822                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
823 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
824 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
825 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
826
827 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
828
829 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
830 {
831         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
832 }
833 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
834
835 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
836 {
837         unsigned long res;
838
839         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
840                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
841                 return 0;
842         }
843         _debug_guardpage_minorder = res;
844         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
845         return 0;
846 }
847 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
848
849 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
850                                 unsigned int order, int migratetype)
851 {
852         if (!debug_guardpage_enabled())
853                 return false;
854
855         if (order >= debug_guardpage_minorder())
856                 return false;
857
858         __SetPageGuard(page);
859         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
860         set_page_private(page, order);
861         /* Guard pages are not available for any usage */
862         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
863                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
864
865         return true;
866 }
867
868 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
869                                 unsigned int order, int migratetype)
870 {
871         if (!debug_guardpage_enabled())
872                 return;
873
874         __ClearPageGuard(page);
875
876         set_page_private(page, 0);
877         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
878                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
879 }
880 #else
881 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
882                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
883 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
884                                 unsigned int order, int migratetype) {}
885 #endif
886
887 /*
888  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
889  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
890  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
891  * enabled, and then make decisions.
892  */
893 void __init init_mem_debugging_and_hardening(void)
894 {
895         bool page_poisoning_requested = false;
896
897 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
898         /*
899          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
900          * either of those options are enabled, enable poisoning.
901          */
902         if (page_poisoning_enabled() ||
903              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
904               debug_pagealloc_enabled())) {
905                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
906                 page_poisoning_requested = true;
907         }
908 #endif
909
910         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
911             page_poisoning_requested) {
912                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
913                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
914                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
915                 _init_on_free_enabled_early = false;
916         }
917
918         if (_init_on_alloc_enabled_early)
919                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
920         else
921                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
922
923         if (_init_on_free_enabled_early)
924                 static_branch_enable(&init_on_free);
925         else
926                 static_branch_disable(&init_on_free);
927
928         if (IS_ENABLED(CONFIG_KMSAN) &&
929             (_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early))
930                 pr_info("mem auto-init: please make sure init_on_alloc and init_on_free are disabled when running KMSAN\n");
931
932 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
933         if (!debug_pagealloc_enabled())
934                 return;
935
936         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
937
938         if (!debug_guardpage_minorder())
939                 return;
940
941         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
942 #endif
943 }
944
945 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
946 {
947         set_page_private(page, order);
948         __SetPageBuddy(page);
949 }
950
951 #ifdef CONFIG_COMPACTION
952 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
953 {
954         struct capture_control *capc = current->capture_control;
955
956         return unlikely(capc) &&
957                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
958                 !capc->page &&
959                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
960 }
961
962 static inline bool
963 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
964                    int order, int migratetype)
965 {
966         if (!capc || order != capc->cc->order)
967                 return false;
968
969         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
970         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
971             is_migrate_isolate(migratetype))
972                 return false;
973
974         /*
975          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
976          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
977          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
978          * have trouble finding a high-order free page.
979          */
980         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
981                 return false;
982
983         capc->page = page;
984         return true;
985 }
986
987 #else
988 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
989 {
990         return NULL;
991 }
992
993 static inline bool
994 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
995                    int order, int migratetype)
996 {
997         return false;
998 }
999 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
1000
1001 /* Used for pages not on another list */
1002 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1003                                     unsigned int order, int migratetype)
1004 {
1005         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1006
1007         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1008         area->nr_free++;
1009 }
1010
1011 /* Used for pages not on another list */
1012 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
1013                                          unsigned int order, int migratetype)
1014 {
1015         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1016
1017         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1018         area->nr_free++;
1019 }
1020
1021 /*
1022  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1023  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1024  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1025  */
1026 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1027                                      unsigned int order, int migratetype)
1028 {
1029         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1030
1031         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1032 }
1033
1034 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1035                                            unsigned int order)
1036 {
1037         /* clear reported state and update reported page count */
1038         if (page_reported(page))
1039                 __ClearPageReported(page);
1040
1041         list_del(&page->buddy_list);
1042         __ClearPageBuddy(page);
1043         set_page_private(page, 0);
1044         zone->free_area[order].nr_free--;
1045 }
1046
1047 /*
1048  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1049  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1050  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1051  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1052  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1053  * as a higher order page
1054  */
1055 static inline bool
1056 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1057                    struct page *page, unsigned int order)
1058 {
1059         unsigned long higher_page_pfn;
1060         struct page *higher_page;
1061
1062         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1063                 return false;
1064
1065         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
1066         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1067
1068         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1069                         NULL) != NULL;
1070 }
1071
1072 /*
1073  * Freeing function for a buddy system allocator.
1074  *
1075  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1076  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1077  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1078  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1079  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1080  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1081  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1082  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1083  * parts of the VM system.
1084  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1085  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1086  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1087  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1088  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1089  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1090  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1091  * triggers coalescing into a block of larger size.
1092  *
1093  * -- nyc
1094  */
1095
1096 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1097                 unsigned long pfn,
1098                 struct zone *zone, unsigned int order,
1099                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1100 {
1101         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1102         unsigned long buddy_pfn = 0;
1103         unsigned long combined_pfn;
1104         struct page *buddy;
1105         bool to_tail;
1106
1107         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1108         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1109
1110         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1111         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1112                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1113
1114         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1115         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1116
1117         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1118                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1119                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1120                                                                 migratetype);
1121                         return;
1122                 }
1123
1124                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1125                 if (!buddy)
1126                         goto done_merging;
1127
1128                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1129                         /*
1130                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1131                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1132                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1133                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1134                          */
1135                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1136
1137                         if (migratetype != buddy_mt
1138                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1139                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1140                                 goto done_merging;
1141                 }
1142
1143                 /*
1144                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1145                  * merge with it and move up one order.
1146                  */
1147                 if (page_is_guard(buddy))
1148                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1149                 else
1150                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1151                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1152                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1153                 pfn = combined_pfn;
1154                 order++;
1155         }
1156
1157 done_merging:
1158         set_buddy_order(page, order);
1159
1160         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1161                 to_tail = true;
1162         else if (is_shuffle_order(order))
1163                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1164         else
1165                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1166
1167         if (to_tail)
1168                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1169         else
1170                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1171
1172         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1173         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1174                 page_reporting_notify_free(order);
1175 }
1176
1177 /**
1178  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1179  * @free_page:          the original free page
1180  * @order:              the order of the page
1181  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1182  *
1183  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1184  *
1185  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1186  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1187  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1188  * nothing.
1189  */
1190 int split_free_page(struct page *free_page,
1191                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1192 {
1193         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1194         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1195         unsigned long pfn;
1196         unsigned long flags;
1197         int free_page_order;
1198         int mt;
1199         int ret = 0;
1200
1201         if (split_pfn_offset == 0)
1202                 return ret;
1203
1204         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1205
1206         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1207                 ret = -ENOENT;
1208                 goto out;
1209         }
1210
1211         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1212         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1213                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1214
1215         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1216         for (pfn = free_page_pfn;
1217              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1218                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1219
1220                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1221                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1222                                         __fls(split_pfn_offset));
1223                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1224                                 mt, FPI_NONE);
1225                 pfn += 1UL << free_page_order;
1226                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1227                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1228                 if (split_pfn_offset == 0)
1229                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1230         }
1231 out:
1232         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1233         return ret;
1234 }
1235 /*
1236  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1237  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1238  * check if necessary.
1239  */
1240 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1241                                         unsigned long check_flags)
1242 {
1243         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1244                 return false;
1245
1246         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1247                         page_ref_count(page) |
1248 #ifdef CONFIG_MEMCG
1249                         page->memcg_data |
1250 #endif
1251                         (page->flags & check_flags)))
1252                 return false;
1253
1254         return true;
1255 }
1256
1257 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1258 {
1259         const char *bad_reason = NULL;
1260
1261         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1262                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1263         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1264                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1265         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1266                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1267         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1268                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1269                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1270                 else
1271                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1272         }
1273 #ifdef CONFIG_MEMCG
1274         if (unlikely(page->memcg_data))
1275                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1276 #endif
1277         return bad_reason;
1278 }
1279
1280 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1281 {
1282         bad_page(page,
1283                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1284 }
1285
1286 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1287 {
1288         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1289                 return false;
1290
1291         /* Something has gone sideways, find it */
1292         free_page_is_bad_report(page);
1293         return true;
1294 }
1295
1296 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1297 {
1298         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
1299         int ret = 1;
1300
1301         /*
1302          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1303          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1304          */
1305         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1306
1307         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1308                 ret = 0;
1309                 goto out;
1310         }
1311         switch (page - head_page) {
1312         case 1:
1313                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1314                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
1315                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1316                         goto out;
1317                 }
1318                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1319                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1320                         goto out;
1321                 }
1322                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1323                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1324                         goto out;
1325                 }
1326                 break;
1327         case 2:
1328                 /*
1329                  * the second tail page: ->mapping is
1330                  * deferred_list.next -- ignore value.
1331                  */
1332                 break;
1333         default:
1334                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1335                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1336                         goto out;
1337                 }
1338                 break;
1339         }
1340         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1341                 bad_page(page, "PageTail not set");
1342                 goto out;
1343         }
1344         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1345                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1346                 goto out;
1347         }
1348         ret = 0;
1349 out:
1350         page->mapping = NULL;
1351         clear_compound_head(page);
1352         return ret;
1353 }
1354
1355 /*
1356  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1357  *
1358  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1359  *    see the explanation below.
1360  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1361  *    see the comment next to it.
1362  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1363  *    see the comment next to it.
1364  * 4. The allocation is excluded from being checked due to sampling,
1365  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1366  *
1367  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1368  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1369  * initialization is done with interrupt disabled.
1370  *
1371  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1372  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1373  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1374  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1375  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1376  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1377  */
1378 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1379 {
1380         return deferred_pages_enabled() ||
1381                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1382                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1383                PageSkipKASanPoison(page);
1384 }
1385
1386 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1387 {
1388         int i;
1389
1390         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1391         kasan_disable_current();
1392         for (i = 0; i < numpages; i++)
1393                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1394         kasan_enable_current();
1395 }
1396
1397 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1398                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1399 {
1400         int bad = 0;
1401         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1402         bool init = want_init_on_free();
1403
1404         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1405
1406         trace_mm_page_free(page, order);
1407         kmsan_free_page(page, order);
1408
1409         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1410                 /*
1411                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1412                  * Untie memcg state and reset page's owner
1413                  */
1414                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1415                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1416                 reset_page_owner(page, order);
1417                 page_table_check_free(page, order);
1418                 return false;
1419         }
1420
1421         /*
1422          * Check tail pages before head page information is cleared to
1423          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1424          */
1425         if (unlikely(order)) {
1426                 bool compound = PageCompound(page);
1427                 int i;
1428
1429                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1430
1431                 if (compound)
1432                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1433                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1434                         if (compound)
1435                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1436                         if (unlikely(free_page_is_bad(page + i))) {
1437                                 bad++;
1438                                 continue;
1439                         }
1440                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1441                 }
1442         }
1443         if (PageMappingFlags(page))
1444                 page->mapping = NULL;
1445         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1446                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1447         if (check_free && free_page_is_bad(page))
1448                 bad++;
1449         if (bad)
1450                 return false;
1451
1452         page_cpupid_reset_last(page);
1453         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1454         reset_page_owner(page, order);
1455         page_table_check_free(page, order);
1456
1457         if (!PageHighMem(page)) {
1458                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1459                                            PAGE_SIZE << order);
1460                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1461                                            PAGE_SIZE << order);
1462         }
1463
1464         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1465
1466         /*
1467          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1468          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1469          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1470          *
1471          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1472          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1473          */
1474         if (!skip_kasan_poison) {
1475                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1476
1477                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1478                 if (kasan_has_integrated_init())
1479                         init = false;
1480         }
1481         if (init)
1482                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1483
1484         /*
1485          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1486          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1487          * happen after this.
1488          */
1489         arch_free_page(page, order);
1490
1491         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1492
1493         return true;
1494 }
1495
1496 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1497 /*
1498  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1499  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1500  * moved from pcp lists to free lists.
1501  */
1502 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1503 {
1504         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1505 }
1506
1507 /* return true if this page has an inappropriate state */
1508 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1509 {
1510         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1511                 return free_page_is_bad(page);
1512         else
1513                 return false;
1514 }
1515 #else
1516 /*
1517  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1518  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1519  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1520  * to the pcp lists.
1521  */
1522 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1523 {
1524         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1525                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1526         else
1527                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1528 }
1529
1530 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1531 {
1532         return free_page_is_bad(page);
1533 }
1534 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1535
1536 /*
1537  * Frees a number of pages from the PCP lists
1538  * Assumes all pages on list are in same zone.
1539  * count is the number of pages to free.
1540  */
1541 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1542                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1543                                         int pindex)
1544 {
1545         unsigned long flags;
1546         int min_pindex = 0;
1547         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1548         unsigned int order;
1549         bool isolated_pageblocks;
1550         struct page *page;
1551
1552         /*
1553          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1554          * below while (list_empty(list)) loop.
1555          */
1556         count = min(pcp->count, count);
1557
1558         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1559         pindex = pindex - 1;
1560
1561         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1562         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1563
1564         while (count > 0) {
1565                 struct list_head *list;
1566                 int nr_pages;
1567
1568                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1569                 do {
1570                         if (++pindex > max_pindex)
1571                                 pindex = min_pindex;
1572                         list = &pcp->lists[pindex];
1573                         if (!list_empty(list))
1574                                 break;
1575
1576                         if (pindex == max_pindex)
1577                                 max_pindex--;
1578                         if (pindex == min_pindex)
1579                                 min_pindex++;
1580                 } while (1);
1581
1582                 order = pindex_to_order(pindex);
1583                 nr_pages = 1 << order;
1584                 do {
1585                         int mt;
1586
1587                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1588                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1589
1590                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1591                         list_del(&page->pcp_list);
1592                         count -= nr_pages;
1593                         pcp->count -= nr_pages;
1594
1595                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1596                                 continue;
1597
1598                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1599                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1600                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1601                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1602                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1603
1604                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1605                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1606                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1607         }
1608
1609         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1610 }
1611
1612 static void free_one_page(struct zone *zone,
1613                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1614                                 unsigned int order,
1615                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1616 {
1617         unsigned long flags;
1618
1619         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1620         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1621                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1622                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1623         }
1624         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1625         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1626 }
1627
1628 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1629                                 unsigned long zone, int nid)
1630 {
1631         mm_zero_struct_page(page);
1632         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1633         init_page_count(page);
1634         page_mapcount_reset(page);
1635         page_cpupid_reset_last(page);
1636         page_kasan_tag_reset(page);
1637
1638         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1639 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1640         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1641         if (!is_highmem_idx(zone))
1642                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1643 #endif
1644 }
1645
1646 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1647 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1648 {
1649         pg_data_t *pgdat;
1650         int nid, zid;
1651
1652         if (early_page_initialised(pfn))
1653                 return;
1654
1655         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1656         pgdat = NODE_DATA(nid);
1657
1658         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1659                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1660
1661                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1662                         break;
1663         }
1664         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1665 }
1666 #else
1667 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1668 {
1669 }
1670 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1671
1672 /*
1673  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1674  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1675  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1676  * sent to the buddy page allocator.
1677  */
1678 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1679 {
1680         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1681         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1682
1683         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1684                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1685                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1686
1687                         init_reserved_page(start_pfn);
1688
1689                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1690                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1691
1692                         /*
1693                          * no need for atomic set_bit because the struct
1694                          * page is not visible yet so nobody should
1695                          * access it yet.
1696                          */
1697                         __SetPageReserved(page);
1698                 }
1699         }
1700 }
1701
1702 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1703                             fpi_t fpi_flags)
1704 {
1705         unsigned long flags;
1706         int migratetype;
1707         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1708         struct zone *zone = page_zone(page);
1709
1710         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1711                 return;
1712
1713         /*
1714          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1715          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1716          * This will reduce the lock holding time.
1717          */
1718         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1719
1720         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1721         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1722                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1723                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1724         }
1725         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1726         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1727
1728         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1729 }
1730
1731 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1732 {
1733         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1734         struct page *p = page;
1735         unsigned int loop;
1736
1737         /*
1738          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1739          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1740          * refcount of all involved pages to 0.
1741          */
1742         prefetchw(p);
1743         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1744                 prefetchw(p + 1);
1745                 __ClearPageReserved(p);
1746                 set_page_count(p, 0);
1747         }
1748         __ClearPageReserved(p);
1749         set_page_count(p, 0);
1750
1751         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1752
1753         /*
1754          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1755          * relevant for memory onlining.
1756          */
1757         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1758 }
1759
1760 #ifdef CONFIG_NUMA
1761
1762 /*
1763  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1764  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1765  * treats start/end as pfns.
1766  */
1767 struct mminit_pfnnid_cache {
1768         unsigned long last_start;
1769         unsigned long last_end;
1770         int last_nid;
1771 };
1772
1773 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1774
1775 /*
1776  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1777  */
1778 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1779                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1780 {
1781         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1782         int nid;
1783
1784         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1785                 return state->last_nid;
1786
1787         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1788         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1789                 state->last_start = start_pfn;
1790                 state->last_end = end_pfn;
1791                 state->last_nid = nid;
1792         }
1793
1794         return nid;
1795 }
1796
1797 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1798 {
1799         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1800         int nid;
1801
1802         spin_lock(&early_pfn_lock);
1803         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1804         if (nid < 0)
1805                 nid = first_online_node;
1806         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1807
1808         return nid;
1809 }
1810 #endif /* CONFIG_NUMA */
1811
1812 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1813                                                         unsigned int order)
1814 {
1815         if (!early_page_initialised(pfn))
1816                 return;
1817         if (!kmsan_memblock_free_pages(page, order)) {
1818                 /* KMSAN will take care of these pages. */
1819                 return;
1820         }
1821         __free_pages_core(page, order);
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1826  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1827  * with the migration of free compaction scanner.
1828  *
1829  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1830  *
1831  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1832  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1833  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1834  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1835  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1836  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1837  * page in a pageblock.
1838  */
1839 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1840                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1841 {
1842         struct page *start_page;
1843         struct page *end_page;
1844
1845         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1846         end_pfn--;
1847
1848         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1849                 return NULL;
1850
1851         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1852         if (!start_page)
1853                 return NULL;
1854
1855         if (page_zone(start_page) != zone)
1856                 return NULL;
1857
1858         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1859
1860         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1861         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1862                 return NULL;
1863
1864         return start_page;
1865 }
1866
1867 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1868 {
1869         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1870         unsigned long block_end_pfn;
1871
1872         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1873         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1874                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1875                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1876
1877                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1878
1879                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1880                                              block_end_pfn, zone))
1881                         return;
1882                 cond_resched();
1883         }
1884
1885         /* We confirm that there is no hole */
1886         zone->contiguous = true;
1887 }
1888
1889 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1890 {
1891         zone->contiguous = false;
1892 }
1893
1894 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1895 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1896                                        unsigned long nr_pages)
1897 {
1898         struct page *page;
1899         unsigned long i;
1900
1901         if (!nr_pages)
1902                 return;
1903
1904         page = pfn_to_page(pfn);
1905
1906         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1907         if (nr_pages == pageblock_nr_pages && pageblock_aligned(pfn)) {
1908                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1909                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1910                 return;
1911         }
1912
1913         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1914                 if (pageblock_aligned(pfn))
1915                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1916                 __free_pages_core(page, 0);
1917         }
1918 }
1919
1920 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1921 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1922 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1923
1924 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1925 {
1926         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1927                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1928 }
1929
1930 /*
1931  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1932  *
1933  * We check if a current large page is valid by only checking the validity
1934  * of the head pfn.
1935  */
1936 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1937 {
1938         if (pageblock_aligned(pfn) && !pfn_valid(pfn))
1939                 return false;
1940         return true;
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1945  * pageblock_nr_pages sizes.
1946  */
1947 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1948                                        unsigned long end_pfn)
1949 {
1950         unsigned long nr_free = 0;
1951
1952         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1953                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1954                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1955                         nr_free = 0;
1956                 } else if (pageblock_aligned(pfn)) {
1957                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1958                         nr_free = 1;
1959                 } else {
1960                         nr_free++;
1961                 }
1962         }
1963         /* Free the last block of pages to allocator */
1964         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1969  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1970  * Return number of pages initialized.
1971  */
1972 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1973                                                  unsigned long pfn,
1974                                                  unsigned long end_pfn)
1975 {
1976         int nid = zone_to_nid(zone);
1977         unsigned long nr_pages = 0;
1978         int zid = zone_idx(zone);
1979         struct page *page = NULL;
1980
1981         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1982                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1983                         page = NULL;
1984                         continue;
1985                 } else if (!page || pageblock_aligned(pfn)) {
1986                         page = pfn_to_page(pfn);
1987                 } else {
1988                         page++;
1989                 }
1990                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1991                 nr_pages++;
1992         }
1993         return (nr_pages);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1998  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1999  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
2000  * return false indicating there are no valid ranges left.
2001  */
2002 static bool __init
2003 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
2004                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
2005                                     unsigned long first_init_pfn)
2006 {
2007         u64 j;
2008
2009         /*
2010          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
2011          * already been initialized. We don't need to do anything with them
2012          * so we just need to flush them out of the system.
2013          */
2014         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
2015                 if (*epfn <= first_init_pfn)
2016                         continue;
2017                 if (*spfn < first_init_pfn)
2018                         *spfn = first_init_pfn;
2019                 *i = j;
2020                 return true;
2021         }
2022
2023         return false;
2024 }
2025
2026 /*
2027  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
2028  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
2029  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
2030  * page in __free_one_page()).
2031  *
2032  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
2033  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
2034  * any issues with the buddy page computation.
2035  */
2036 static unsigned long __init
2037 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
2038                        unsigned long *end_pfn)
2039 {
2040         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
2041         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
2042         unsigned long nr_pages = 0;
2043         u64 j = *i;
2044
2045         /* First we loop through and initialize the page values */
2046         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
2047                 unsigned long t;
2048
2049                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2050                         break;
2051
2052                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2053                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2054
2055                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2056                         *start_pfn = mo_pfn;
2057                         break;
2058                 }
2059         }
2060
2061         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2062         swap(j, *i);
2063
2064         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2065                 unsigned long t;
2066
2067                 if (mo_pfn <= spfn)
2068                         break;
2069
2070                 t = min(mo_pfn, epfn);
2071                 deferred_free_pages(spfn, t);
2072
2073                 if (mo_pfn <= epfn)
2074                         break;
2075         }
2076
2077         return nr_pages;
2078 }
2079
2080 static void __init
2081 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2082                            void *arg)
2083 {
2084         unsigned long spfn, epfn;
2085         struct zone *zone = arg;
2086         u64 i;
2087
2088         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2089
2090         /*
2091          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2092          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2093          */
2094         while (spfn < end_pfn) {
2095                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2096                 cond_resched();
2097         }
2098 }
2099
2100 /* An arch may override for more concurrency. */
2101 __weak int __init
2102 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2103 {
2104         return 1;
2105 }
2106
2107 /* Initialise remaining memory on a node */
2108 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2109 {
2110         pg_data_t *pgdat = data;
2111         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2112         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2113         unsigned long first_init_pfn, flags;
2114         unsigned long start = jiffies;
2115         struct zone *zone;
2116         int zid, max_threads;
2117         u64 i;
2118
2119         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2120         if (!cpumask_empty(cpumask))
2121                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2122
2123         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2124         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2125         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2126                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2127                 pgdat_init_report_one_done();
2128                 return 0;
2129         }
2130
2131         /* Sanity check boundaries */
2132         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2133         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2134         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2135
2136         /*
2137          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2138          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2139          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2140          */
2141         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2142
2143         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2144         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2145                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2146                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2147                         break;
2148         }
2149
2150         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2151         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2152                                                  first_init_pfn))
2153                 goto zone_empty;
2154
2155         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2156
2157         while (spfn < epfn) {
2158                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2159                 struct padata_mt_job job = {
2160                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2161                         .fn_arg      = zone,
2162                         .start       = spfn,
2163                         .size        = epfn_align - spfn,
2164                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2165                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2166                         .max_threads = max_threads,
2167                 };
2168
2169                 padata_do_multithreaded(&job);
2170                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2171                                                     epfn_align);
2172         }
2173 zone_empty:
2174         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2175         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2176
2177         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2178                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2179
2180         pgdat_init_report_one_done();
2181         return 0;
2182 }
2183
2184 /*
2185  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2186  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2187  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2188  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2189  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2190  *
2191  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2192  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2193  * enough pages to satisfy the allocation.
2194  *
2195  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2196  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2197  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2198  */
2199 static noinline bool __init
2200 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2201 {
2202         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2203         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2204         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2205         unsigned long spfn, epfn, flags;
2206         unsigned long nr_pages = 0;
2207         u64 i;
2208
2209         /* Only the last zone may have deferred pages */
2210         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2211                 return false;
2212
2213         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2214
2215         /*
2216          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2217          * true, as there might be enough pages already.
2218          */
2219         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2220                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2221                 return true;
2222         }
2223
2224         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2225         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2226                                                  first_deferred_pfn)) {
2227                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2228                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2229                 /* Retry only once. */
2230                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2231         }
2232
2233         /*
2234          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2235          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2236          * allocator.
2237          */
2238         while (spfn < epfn) {
2239                 /* update our first deferred PFN for this section */
2240                 first_deferred_pfn = spfn;
2241
2242                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2243                 touch_nmi_watchdog();
2244
2245                 /* We should only stop along section boundaries */
2246                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2247                         continue;
2248
2249                 /* If our quota has been met we can stop here */
2250                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2251                         break;
2252         }
2253
2254         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2255         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2256
2257         return nr_pages > 0;
2258 }
2259
2260 /*
2261  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2262  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2263  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2264  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2265  */
2266 static bool __ref
2267 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2268 {
2269         return deferred_grow_zone(zone, order);
2270 }
2271
2272 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2273
2274 void __init page_alloc_init_late(void)
2275 {
2276         struct zone *zone;
2277         int nid;
2278
2279 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2280
2281         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2282         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2283         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2284                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2285         }
2286
2287         /* Block until all are initialised */
2288         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2289
2290         /*
2291          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2292          * on-demand struct page initialization.
2293          */
2294         static_branch_disable(&deferred_pages);
2295
2296         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2297         files_maxfiles_init();
2298 #endif
2299
2300         buffer_init();
2301
2302         /* Discard memblock private memory */
2303         memblock_discard();
2304
2305         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2306                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2307
2308         for_each_populated_zone(zone)
2309                 set_zone_contiguous(zone);
2310 }
2311
2312 #ifdef CONFIG_CMA
2313 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2314 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2315 {
2316         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2317         struct page *p = page;
2318
2319         do {
2320                 __ClearPageReserved(p);
2321                 set_page_count(p, 0);
2322         } while (++p, --i);
2323
2324         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2325         set_page_refcounted(page);
2326         __free_pages(page, pageblock_order);
2327
2328         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2329         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2330 }
2331 #endif
2332
2333 /*
2334  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2335  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2336  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2337  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2338  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2339  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2340  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2341  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2342  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2343  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2344  *
2345  * -- nyc
2346  */
2347 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2348         int low, int high, int migratetype)
2349 {
2350         unsigned long size = 1 << high;
2351
2352         while (high > low) {
2353                 high--;
2354                 size >>= 1;
2355                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2356
2357                 /*
2358                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2359                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2360                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2361                  * pages will stay not present in virtual address space
2362                  */
2363                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2364                         continue;
2365
2366                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2367                 set_buddy_order(&page[size], high);
2368         }
2369 }
2370
2371 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2372 {
2373         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2374                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2375                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2376                 return;
2377         }
2378
2379         bad_page(page,
2380                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2381 }
2382
2383 /*
2384  * This page is about to be returned from the page allocator
2385  */
2386 static inline int check_new_page(struct page *page)
2387 {
2388         if (likely(page_expected_state(page,
2389                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2390                 return 0;
2391
2392         check_new_page_bad(page);
2393         return 1;
2394 }
2395
2396 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2397 {
2398         int i;
2399         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2400                 struct page *p = page + i;
2401
2402                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2403                         return true;
2404         }
2405
2406         return false;
2407 }
2408
2409 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2410 /*
2411  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2412  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2413  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2414  */
2415 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2416 {
2417         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2418                 return check_new_pages(page, order);
2419         else
2420                 return false;
2421 }
2422
2423 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2424 {
2425         return check_new_pages(page, order);
2426 }
2427 #else
2428 /*
2429  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2430  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2431  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2432  */
2433 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2434 {
2435         return check_new_pages(page, order);
2436 }
2437 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2438 {
2439         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2440                 return check_new_pages(page, order);
2441         else
2442                 return false;
2443 }
2444 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2445
2446 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2447 {
2448         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2449         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2450             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2451                 return false;
2452
2453         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2454         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2455                 return true;
2456
2457         /*
2458          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2459          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2460          */
2461         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2462 }
2463
2464 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2465 {
2466         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2467         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2468                 return false;
2469
2470         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2471         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2472 }
2473
2474 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2475                                 gfp_t gfp_flags)
2476 {
2477         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2478                         !should_skip_init(gfp_flags);
2479         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2480         bool reset_tags = true;
2481         int i;
2482
2483         set_page_private(page, 0);
2484         set_page_refcounted(page);
2485
2486         arch_alloc_page(page, order);
2487         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2488
2489         /*
2490          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2491          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2492          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2493          */
2494         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2495
2496         /*
2497          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2498          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2499          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2500          */
2501
2502         /*
2503          * If memory tags should be zeroed
2504          * (which happens only when memory should be initialized as well).
2505          */
2506         if (zero_tags) {
2507                 /* Initialize both memory and memory tags. */
2508                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2509                         tag_clear_highpage(page + i);
2510
2511                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
2512                 init = false;
2513         }
2514         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2515                 /* Try unpoisoning (or setting tags) and initializing memory. */
2516                 if (kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
2517                         /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
2518                         if (kasan_has_integrated_init())
2519                                 init = false;
2520                         /* Take note that memory tags were set by KASAN. */
2521                         reset_tags = false;
2522                 } else {
2523                         /*
2524                          * KASAN decided to exclude this allocation from being
2525                          * (un)poisoned due to sampling. Make KASAN skip
2526                          * poisoning when the allocation is freed.
2527                          */
2528                         SetPageSkipKASanPoison(page);
2529                 }
2530         }
2531         /*
2532          * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page tags to
2533          * ensure page_address() dereferencing does not fault.
2534          */
2535         if (reset_tags) {
2536                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2537                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2538         }
2539         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
2540         if (init)
2541                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2542         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2543         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2544                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2545
2546         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2547         page_table_check_alloc(page, order);
2548 }
2549
2550 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2551                                                         unsigned int alloc_flags)
2552 {
2553         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2554
2555         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2556                 prep_compound_page(page, order);
2557
2558         /*
2559          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2560          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2561          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2562          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2563          */
2564         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2565                 set_page_pfmemalloc(page);
2566         else
2567                 clear_page_pfmemalloc(page);
2568 }
2569
2570 /*
2571  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2572  * the smallest available page from the freelists
2573  */
2574 static __always_inline
2575 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2576                                                 int migratetype)
2577 {
2578         unsigned int current_order;
2579         struct free_area *area;
2580         struct page *page;
2581
2582         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2583         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2584                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2585                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2586                 if (!page)
2587                         continue;
2588                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2589                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2590                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2591                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2592                                 pcp_allowed_order(order) &&
2593                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2594                 return page;
2595         }
2596
2597         return NULL;
2598 }
2599
2600
2601 /*
2602  * This array describes the order lists are fallen back to when
2603  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2604  *
2605  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2606  */
2607 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
2608         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
2609         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
2610         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
2611 };
2612
2613 #ifdef CONFIG_CMA
2614 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2615                                         unsigned int order)
2616 {
2617         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2618 }
2619 #else
2620 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2621                                         unsigned int order) { return NULL; }
2622 #endif
2623
2624 /*
2625  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2626  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2627  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2628  */
2629 static int move_freepages(struct zone *zone,
2630                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2631                           int migratetype, int *num_movable)
2632 {
2633         struct page *page;
2634         unsigned long pfn;
2635         unsigned int order;
2636         int pages_moved = 0;
2637
2638         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2639                 page = pfn_to_page(pfn);
2640                 if (!PageBuddy(page)) {
2641                         /*
2642                          * We assume that pages that could be isolated for
2643                          * migration are movable. But we don't actually try
2644                          * isolating, as that would be expensive.
2645                          */
2646                         if (num_movable &&
2647                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2648                                 (*num_movable)++;
2649                         pfn++;
2650                         continue;
2651                 }
2652
2653                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2655                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2656
2657                 order = buddy_order(page);
2658                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2659                 pfn += 1 << order;
2660                 pages_moved += 1 << order;
2661         }
2662
2663         return pages_moved;
2664 }
2665
2666 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2667                                 int migratetype, int *num_movable)
2668 {
2669         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2670
2671         if (num_movable)
2672                 *num_movable = 0;
2673
2674         pfn = page_to_pfn(page);
2675         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
2676         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
2677
2678         /* Do not cross zone boundaries */
2679         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2680                 start_pfn = pfn;
2681         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2682                 return 0;
2683
2684         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2685                                                                 num_movable);
2686 }
2687
2688 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2689                                         int start_order, int migratetype)
2690 {
2691         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2692
2693         while (nr_pageblocks--) {
2694                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2695                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2696         }
2697 }
2698
2699 /*
2700  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2701  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2702  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2703  *
2704  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2705  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2706  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2707  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2708  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2709  * pageblocks.
2710  */
2711 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2712 {
2713         /*
2714          * Leaving this order check is intended, although there is
2715          * relaxed order check in next check. The reason is that
2716          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2717          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2718          * so could be changed anytime.
2719          */
2720         if (order >= pageblock_order)
2721                 return true;
2722
2723         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2724                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2725                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2726                 page_group_by_mobility_disabled)
2727                 return true;
2728
2729         return false;
2730 }
2731
2732 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2733 {
2734         unsigned long max_boost;
2735
2736         if (!watermark_boost_factor)
2737                 return false;
2738         /*
2739          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2740          * On small machines, including kdump capture kernels running
2741          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2742          * memory situation immediately.
2743          */
2744         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2745                 return false;
2746
2747         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2748                         watermark_boost_factor, 10000);
2749
2750         /*
2751          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2752          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2753          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2754          * allocations that early means that reclaim is not going
2755          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2756          * boosted watermark resulting in a hang.
2757          */
2758         if (!max_boost)
2759                 return false;
2760
2761         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2762
2763         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2764                 max_boost);
2765
2766         return true;
2767 }
2768
2769 /*
2770  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2771  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2772  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2773  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2774  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2775  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2776  */
2777 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2778                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2779 {
2780         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2781         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2782         int old_block_type;
2783
2784         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2785
2786         /*
2787          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2788          * highatomic accounting.
2789          */
2790         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2791                 goto single_page;
2792
2793         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2794         if (current_order >= pageblock_order) {
2795                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2796                 goto single_page;
2797         }
2798
2799         /*
2800          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2801          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2802          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2803          */
2804         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2805                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2806
2807         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2808         if (!whole_block)
2809                 goto single_page;
2810
2811         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2812                                                 &movable_pages);
2813         /*
2814          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2815          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2816          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2817          */
2818         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2819                 alike_pages = movable_pages;
2820         } else {
2821                 /*
2822                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2823                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2824                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2825                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2826                  * exact migratetype of non-movable pages.
2827                  */
2828                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2829                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2830                                                 - (free_pages + movable_pages);
2831                 else
2832                         alike_pages = 0;
2833         }
2834
2835         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2836         if (!free_pages)
2837                 goto single_page;
2838
2839         /*
2840          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2841          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2842          */
2843         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2844                         page_group_by_mobility_disabled)
2845                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2846
2847         return;
2848
2849 single_page:
2850         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2851 }
2852
2853 /*
2854  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2855  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2856  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2857  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2858  */
2859 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2860                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2861 {
2862         int i;
2863         int fallback_mt;
2864
2865         if (area->nr_free == 0)
2866                 return -1;
2867
2868         *can_steal = false;
2869         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
2870                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2871                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2872                         continue;
2873
2874                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2875                         *can_steal = true;
2876
2877                 if (!only_stealable)
2878                         return fallback_mt;
2879
2880                 if (*can_steal)
2881                         return fallback_mt;
2882         }
2883
2884         return -1;
2885 }
2886
2887 /*
2888  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2889  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2890  */
2891 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2892                                 unsigned int alloc_order)
2893 {
2894         int mt;
2895         unsigned long max_managed, flags;
2896
2897         /*
2898          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2899          * Check is race-prone but harmless.
2900          */
2901         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2902         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2903                 return;
2904
2905         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2906
2907         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2908         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2909                 goto out_unlock;
2910
2911         /* Yoink! */
2912         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2913         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2914         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2915                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2916                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2917                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2918         }
2919
2920 out_unlock:
2921         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2922 }
2923
2924 /*
2925  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2926  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2927  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2928  * to recover from than an OOM.
2929  *
2930  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2931  * pageblock is exhausted.
2932  */
2933 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2934                                                 bool force)
2935 {
2936         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2937         unsigned long flags;
2938         struct zoneref *z;
2939         struct zone *zone;
2940         struct page *page;
2941         int order;
2942         bool ret;
2943
2944         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2945                                                                 ac->nodemask) {
2946                 /*
2947                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2948                  * is really high.
2949                  */
2950                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2951                                         pageblock_nr_pages)
2952                         continue;
2953
2954                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2955                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2956                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2957
2958                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2959                         if (!page)
2960                                 continue;
2961
2962                         /*
2963                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2964                          * we can counter several free pages in a pageblock
2965                          * in this loop although we changed the pageblock type
2966                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2967                          * adjust the count once.
2968                          */
2969                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2970                                 /*
2971                                  * It should never happen but changes to
2972                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2973                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2974                                  * while unreserving so be safe and watch for
2975                                  * underflows.
2976                                  */
2977                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2978                                                 pageblock_nr_pages,
2979                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2980                         }
2981
2982                         /*
2983                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2984                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2985                          * is doing the work and needs the pages. More
2986                          * importantly, if the block was always converted to
2987                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2988                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2989                          * may increase.
2990                          */
2991                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2992                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2993                                                                         NULL);
2994                         if (ret) {
2995                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2996                                 return ret;
2997                         }
2998                 }
2999                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3000         }
3001
3002         return false;
3003 }
3004
3005 /*
3006  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
3007  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
3008  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
3009  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
3010  *
3011  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
3012  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
3013  * condition simpler.
3014  */
3015 static __always_inline bool
3016 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
3017                                                 unsigned int alloc_flags)
3018 {
3019         struct free_area *area;
3020         int current_order;
3021         int min_order = order;
3022         struct page *page;
3023         int fallback_mt;
3024         bool can_steal;
3025
3026         /*
3027          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
3028          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
3029          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
3030          */
3031         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
3032                 min_order = pageblock_order;
3033
3034         /*
3035          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
3036          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
3037          * would be too costly to do exactly.
3038          */
3039         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
3040                                 --current_order) {
3041                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3042                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3043                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3044                 if (fallback_mt == -1)
3045                         continue;
3046
3047                 /*
3048                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
3049                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
3050                  * steal and split the smallest available page instead of the
3051                  * largest available page, because even if the next movable
3052                  * allocation falls back into a different pageblock than this
3053                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
3054                  */
3055                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
3056                                         && current_order > order)
3057                         goto find_smallest;
3058
3059                 goto do_steal;
3060         }
3061
3062         return false;
3063
3064 find_smallest:
3065         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
3066                                                         current_order++) {
3067                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3068                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3069                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3070                 if (fallback_mt != -1)
3071                         break;
3072         }
3073
3074         /*
3075          * This should not happen - we already found a suitable fallback
3076          * when looking for the largest page.
3077          */
3078         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
3079
3080 do_steal:
3081         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
3082
3083         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
3084                                                                 can_steal);
3085
3086         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
3087                 start_migratetype, fallback_mt);
3088
3089         return true;
3090
3091 }
3092
3093 /*
3094  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3095  * Call me with the zone->lock already held.
3096  */
3097 static __always_inline struct page *
3098 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3099                                                 unsigned int alloc_flags)
3100 {
3101         struct page *page;
3102
3103         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3104                 /*
3105                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3106                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3107                  * is in the CMA area.
3108                  */
3109                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3110                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3111                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3112                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3113                         if (page)
3114                                 return page;
3115                 }
3116         }
3117 retry:
3118         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3119         if (unlikely(!page)) {
3120                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3121                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3122
3123                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3124                                                                 alloc_flags))
3125                         goto retry;
3126         }
3127         return page;
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3132  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3133  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3134  */
3135 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3136                         unsigned long count, struct list_head *list,
3137                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3138 {
3139         unsigned long flags;
3140         int i, allocated = 0;
3141
3142         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3143         for (i = 0; i < count; ++i) {
3144                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3145                                                                 alloc_flags);
3146                 if (unlikely(page == NULL))
3147                         break;
3148
3149                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3150                         continue;
3151
3152                 /*
3153                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3154                  * physical page order. The page is added to the tail of
3155                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3156                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3157                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3158                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3159                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3160                  * pages are ordered properly.
3161                  */
3162                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
3163                 allocated++;
3164                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3165                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3166                                               -(1 << order));
3167         }
3168
3169         /*
3170          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3171          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3172          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3173          * pages added to the pcp list.
3174          */
3175         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3176         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3177         return allocated;
3178 }
3179
3180 #ifdef CONFIG_NUMA
3181 /*
3182  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3183  * currently executing processor on remote nodes after they have
3184  * expired.
3185  */
3186 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3187 {
3188         int to_drain, batch;
3189
3190         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3191         to_drain = min(pcp->count, batch);
3192         if (to_drain > 0) {
3193                 spin_lock(&pcp->lock);
3194                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3195                 spin_unlock(&pcp->lock);
3196         }
3197 }
3198 #endif
3199
3200 /*
3201  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3202  */
3203 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3204 {
3205         struct per_cpu_pages *pcp;
3206
3207         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3208         if (pcp->count) {
3209                 spin_lock(&pcp->lock);
3210                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3211                 spin_unlock(&pcp->lock);
3212         }
3213 }
3214
3215 /*
3216  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3217  */
3218 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3219 {
3220         struct zone *zone;
3221
3222         for_each_populated_zone(zone) {
3223                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3224         }
3225 }
3226
3227 /*
3228  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3229  */
3230 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3231 {
3232         int cpu = smp_processor_id();
3233
3234         if (zone)
3235                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3236         else
3237                 drain_pages(cpu);
3238 }
3239
3240 /*
3241  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3242  * drain on all cpus.
3243  *
3244  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3245  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3246  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3247  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3248  * optimizing racy check.
3249  */
3250 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3251 {
3252         int cpu;
3253
3254         /*
3255          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3256          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3257          */
3258         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3259
3260         /*
3261          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3262          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3263          * the drain to be complete when the call returns.
3264          */
3265         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3266                 if (!zone)
3267                         return;
3268                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3269         }
3270
3271         /*
3272          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3273          * as offline notification will cause the notified
3274          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3275          * disables preemption as part of its processing
3276          */
3277         for_each_online_cpu(cpu) {
3278                 struct per_cpu_pages *pcp;
3279                 struct zone *z;
3280                 bool has_pcps = false;
3281
3282                 if (force_all_cpus) {
3283                         /*
3284                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3285                          * guarantee that no cpu is missed.
3286                          */
3287                         has_pcps = true;
3288                 } else if (zone) {
3289                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3290                         if (pcp->count)
3291                                 has_pcps = true;
3292                 } else {
3293                         for_each_populated_zone(z) {
3294                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3295                                 if (pcp->count) {
3296                                         has_pcps = true;
3297                                         break;
3298                                 }
3299                         }
3300                 }
3301
3302                 if (has_pcps)
3303                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3304                 else
3305                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3306         }
3307
3308         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3309                 if (zone)
3310                         drain_pages_zone(cpu, zone);
3311                 else
3312                         drain_pages(cpu);
3313         }
3314
3315         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3316 }
3317
3318 /*
3319  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3320  *
3321  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3322  */
3323 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3324 {
3325         __drain_all_pages(zone, false);
3326 }
3327
3328 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3329
3330 /*
3331  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3332  */
3333 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3334
3335 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3336 {
3337         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3338         unsigned long flags;
3339         unsigned int order, t;
3340         struct page *page;
3341
3342         if (zone_is_empty(zone))
3343                 return;
3344
3345         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3346
3347         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3348         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3349                 if (pfn_valid(pfn)) {
3350                         page = pfn_to_page(pfn);
3351
3352                         if (!--page_count) {
3353                                 touch_nmi_watchdog();
3354                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3355                         }
3356
3357                         if (page_zone(page) != zone)
3358                                 continue;
3359
3360                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3361                                 swsusp_unset_page_free(page);
3362                 }
3363
3364         for_each_migratetype_order(order, t) {
3365                 list_for_each_entry(page,
3366                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
3367                         unsigned long i;
3368
3369                         pfn = page_to_pfn(page);
3370                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3371                                 if (!--page_count) {
3372                                         touch_nmi_watchdog();
3373                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3374                                 }
3375                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3376                         }
3377                 }
3378         }
3379         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3380 }
3381 #endif /* CONFIG_PM */
3382
3383 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3384                                                         unsigned int order)
3385 {
3386         int migratetype;
3387
3388         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3389                 return false;
3390
3391         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3392         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3393         return true;
3394 }
3395
3396 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3397                        bool free_high)
3398 {
3399         int min_nr_free, max_nr_free;
3400
3401         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3402         if (unlikely(free_high))
3403                 return pcp->count;
3404
3405         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3406         if (unlikely(high < batch))
3407                 return 1;
3408
3409         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3410         min_nr_free = batch;
3411         max_nr_free = high - batch;
3412
3413         /*
3414          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3415          * freeing of pages without any allocation.
3416          */
3417         batch <<= pcp->free_factor;
3418         if (batch < max_nr_free)
3419                 pcp->free_factor++;
3420         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3421
3422         return batch;
3423 }
3424
3425 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3426                        bool free_high)
3427 {
3428         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3429
3430         if (unlikely(!high || free_high))
3431                 return 0;
3432
3433         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3434                 return high;
3435
3436         /*
3437          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3438          * stored on pcp lists
3439          */
3440         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3441 }
3442
3443 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
3444                                    struct page *page, int migratetype,
3445                                    unsigned int order)
3446 {
3447         int high;
3448         int pindex;
3449         bool free_high;
3450
3451         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
3452         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3453         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
3454         pcp->count += 1 << order;
3455
3456         /*
3457          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3458          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3459          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3460          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3461          */
3462         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3463
3464         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3465         if (pcp->count >= high) {
3466                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3467
3468                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3469         }
3470 }
3471
3472 /*
3473  * Free a pcp page
3474  */
3475 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3476 {
3477         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3478         struct per_cpu_pages *pcp;
3479         struct zone *zone;
3480         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3481         int migratetype;
3482
3483         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3484                 return;
3485
3486         /*
3487          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3488          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3489          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3490          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3491          * excessively into the page allocator
3492          */
3493         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3494         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3495                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3496                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3497                         return;
3498                 }
3499                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3500         }
3501
3502         zone = page_zone(page);
3503         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3504         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3505         if (pcp) {
3506                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
3507                 pcp_spin_unlock(pcp);
3508         } else {
3509                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3510         }
3511         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * Free a list of 0-order pages
3516  */
3517 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3518 {
3519         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3520         struct page *page, *next;
3521         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
3522         struct zone *locked_zone = NULL;
3523         int batch_count = 0;
3524         int migratetype;
3525
3526         /* Prepare pages for freeing */
3527         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3528                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3529                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3530                         list_del(&page->lru);
3531                         continue;
3532                 }
3533
3534                 /*
3535                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3536                  * comment in free_unref_page.
3537                  */
3538                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3539                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3540                         list_del(&page->lru);
3541                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3542                         continue;
3543                 }
3544         }
3545
3546         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3547                 struct zone *zone = page_zone(page);
3548
3549                 list_del(&page->lru);
3550                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3551
3552                 /*
3553                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
3554                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
3555                  * pages.
3556                  */
3557                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3558                         if (pcp) {
3559                                 pcp_spin_unlock(pcp);
3560                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3561                         }
3562
3563                         batch_count = 0;
3564
3565                         /*
3566                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
3567                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
3568                          */
3569                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3570                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3571                         if (unlikely(!pcp)) {
3572                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3573                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
3574                                               0, migratetype, FPI_NONE);
3575                                 locked_zone = NULL;
3576                                 continue;
3577                         }
3578                         locked_zone = zone;
3579                 }
3580
3581                 /*
3582                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3583                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3584                  */
3585                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3586                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3587
3588                 trace_mm_page_free_batched(page);
3589                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
3590                 batch_count++;
3591         }
3592
3593         if (pcp) {
3594                 pcp_spin_unlock(pcp);
3595                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3596         }
3597 }
3598
3599 /*
3600  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3601  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3602  * Each sub-page must be freed individually.
3603  *
3604  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3605  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3606  */
3607 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3608 {
3609         int i;
3610
3611         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3612         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3613
3614         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3615                 set_page_refcounted(page + i);
3616         split_page_owner(page, 1 << order);
3617         split_page_memcg(page, 1 << order);
3618 }
3619 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3620
3621 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3622 {
3623         struct zone *zone = page_zone(page);
3624         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3625
3626         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3627                 unsigned long watermark;
3628                 /*
3629                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3630                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3631                  * watermark, because we already know our high-order page
3632                  * exists.
3633                  */
3634                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3635                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3636                         return 0;
3637
3638                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3639         }
3640
3641         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3642
3643         /*
3644          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3645          * pageblock
3646          */
3647         if (order >= pageblock_order - 1) {
3648                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3649                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3650                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3651                         /*
3652                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3653                          * with others)
3654                          */
3655                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3656                                 set_pageblock_migratetype(page,
3657                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3658                 }
3659         }
3660
3661         return 1UL << order;
3662 }
3663
3664 /**
3665  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3666  * @page: Page that was isolated
3667  * @order: Order of the isolated page
3668  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3669  *
3670  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3671  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3672  */
3673 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3674 {
3675         struct zone *zone = page_zone(page);
3676
3677         /* zone lock should be held when this function is called */
3678         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3679
3680         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3681         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3682                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3683 }
3684
3685 /*
3686  * Update NUMA hit/miss statistics
3687  */
3688 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3689                                    long nr_account)
3690 {
3691 #ifdef CONFIG_NUMA
3692         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3693
3694         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3695         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3696                 return;
3697
3698         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3699                 local_stat = NUMA_OTHER;
3700
3701         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3702                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3703         else {
3704                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3705                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3706         }
3707         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3708 #endif
3709 }
3710
3711 static __always_inline
3712 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
3713                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
3714                            int migratetype)
3715 {
3716         struct page *page;
3717         unsigned long flags;
3718
3719         do {
3720                 page = NULL;
3721                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3722                 /*
3723                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3724                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3725                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3726                  * request should skip it.
3727                  */
3728                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
3729                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3730                 if (!page) {
3731                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3732
3733                         /*
3734                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
3735                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
3736                          * failing a high-order atomic allocation in the
3737                          * future.
3738                          */
3739                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
3740                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3741
3742                         if (!page) {
3743                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3744                                 return NULL;
3745                         }
3746                 }
3747                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3748                                           get_pcppage_migratetype(page));
3749                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3750         } while (check_new_pages(page, order));
3751
3752         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3753         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3754
3755         return page;
3756 }
3757
3758 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3759 static inline
3760 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3761                         int migratetype,
3762                         unsigned int alloc_flags,
3763                         struct per_cpu_pages *pcp,
3764                         struct list_head *list)
3765 {
3766         struct page *page;
3767
3768         do {
3769                 if (list_empty(list)) {
3770                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3771                         int alloced;
3772
3773                         /*
3774                          * Scale batch relative to order if batch implies
3775                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3776                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3777                          * should never store free pages as the pages may
3778                          * belong to arbitrary zones.
3779                          */
3780                         if (batch > 1)
3781                                 batch = max(batch >> order, 2);
3782                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3783                                         batch, list,
3784                                         migratetype, alloc_flags);
3785
3786                         pcp->count += alloced << order;
3787                         if (unlikely(list_empty(list)))
3788                                 return NULL;
3789                 }
3790
3791                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3792                 list_del(&page->pcp_list);
3793                 pcp->count -= 1 << order;
3794         } while (check_new_pcp(page, order));
3795
3796         return page;
3797 }
3798
3799 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3800 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3801                         struct zone *zone, unsigned int order,
3802                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3803 {
3804         struct per_cpu_pages *pcp;
3805         struct list_head *list;
3806         struct page *page;
3807         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3808
3809         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
3810         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3811         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3812         if (!pcp) {
3813                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3814                 return NULL;
3815         }
3816
3817         /*
3818          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3819          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3820          * frees.
3821          */
3822         pcp->free_factor >>= 1;
3823         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3824         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3825         pcp_spin_unlock(pcp);
3826         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3827         if (page) {
3828                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3829                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3830         }
3831         return page;
3832 }
3833
3834 /*
3835  * Allocate a page from the given zone.
3836  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3837  */
3838
3839 /*
3840  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3841  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3842  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3843  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3844  */
3845 __no_sanitize_memory
3846 static inline
3847 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3848                         struct zone *zone, unsigned int order,
3849                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3850                         int migratetype)
3851 {
3852         struct page *page;
3853
3854         /*
3855          * We most definitely don't want callers attempting to
3856          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3857          */
3858         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3859
3860         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3861                 /*
3862                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3863                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3864                  */
3865                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3866                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3867                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3868                                         migratetype, alloc_flags);
3869                         if (likely(page))
3870                                 goto out;
3871                 }
3872         }
3873
3874         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3875                                                         migratetype);
3876
3877 out:
3878         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3879         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3880                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3881                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3882         }
3883
3884         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3885         return page;
3886 }
3887
3888 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3889
3890 static struct {
3891         struct fault_attr attr;
3892
3893         bool ignore_gfp_highmem;
3894         bool ignore_gfp_reclaim;
3895         u32 min_order;
3896 } fail_page_alloc = {
3897         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3898         .ignore_gfp_reclaim = true,
3899         .ignore_gfp_highmem = true,
3900         .min_order = 1,
3901 };
3902
3903 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3904 {
3905         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3906 }
3907 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3908
3909 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3910 {
3911         int flags = 0;
3912
3913         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3914                 return false;
3915         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3916                 return false;
3917         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3918                 return false;
3919         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3920                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3921                 return false;
3922
3923         /* See comment in __should_failslab() */
3924         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3925                 flags |= FAULT_NOWARN;
3926
3927         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3928 }
3929
3930 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3931
3932 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3933 {
3934         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3935         struct dentry *dir;
3936
3937         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3938                                         &fail_page_alloc.attr);
3939
3940         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3941                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3942         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3943                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3944         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3945
3946         return 0;
3947 }
3948
3949 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3950
3951 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3952
3953 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3954
3955 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3956 {
3957         return false;
3958 }
3959
3960 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3961
3962 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3963 {
3964         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3965 }
3966 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3967
3968 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3969                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3970 {
3971         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3972
3973         /*
3974          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3975          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3976          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3977          */
3978         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3979                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3980
3981 #ifdef CONFIG_CMA
3982         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3983         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3984                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3985 #endif
3986
3987         return unusable_free;
3988 }
3989
3990 /*
3991  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3992  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3993  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3994  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3995  */
3996 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3997                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3998                          long free_pages)
3999 {
4000         long min = mark;
4001         int o;
4002
4003         /* free_pages may go negative - that's OK */
4004         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
4005
4006         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
4007                 /*
4008                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
4009                  * as OOM.
4010                  */
4011                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
4012                         min -= min / 2;
4013
4014                         /*
4015                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
4016                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
4017                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
4018                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
4019                          * access to the min reserve.
4020                          */
4021                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
4022                                 min -= min / 4;
4023                 }
4024
4025                 /*
4026                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
4027                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
4028                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
4029                  * makes during the free path will be small and short-lived.
4030                  */
4031                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
4032                         min -= min / 2;
4033         }
4034
4035         /*
4036          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
4037          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
4038          * even if a suitable page happened to be free.
4039          */
4040         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4041                 return false;
4042
4043         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
4044         if (!order)
4045                 return true;
4046
4047         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
4048         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
4049                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
4050                 int mt;
4051
4052                 if (!area->nr_free)
4053                         continue;
4054
4055                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
4056                         if (!free_area_empty(area, mt))
4057                                 return true;
4058                 }
4059
4060 #ifdef CONFIG_CMA
4061                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
4062                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
4063                         return true;
4064                 }
4065 #endif
4066                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
4067                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
4068                         return true;
4069                 }
4070         }
4071         return false;
4072 }
4073
4074 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
4075                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
4076 {
4077         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4078                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
4079 }
4080
4081 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
4082                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
4083                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
4084 {
4085         long free_pages;
4086
4087         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4088
4089         /*
4090          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
4091          * need to be calculated.
4092          */
4093         if (!order) {
4094                 long usable_free;
4095                 long reserved;
4096
4097                 usable_free = free_pages;
4098                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
4099
4100                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
4101                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
4102                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4103                         return true;
4104         }
4105
4106         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4107                                         free_pages))
4108                 return true;
4109
4110         /*
4111          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
4112          * when checking the min watermark. The min watermark is the
4113          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
4114          * when below the low watermark.
4115          */
4116         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
4117                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
4118                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
4119                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
4120                                         alloc_flags, free_pages);
4121         }
4122
4123         return false;
4124 }
4125
4126 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4127                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4128 {
4129         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4130
4131         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4132                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4133
4134         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4135                                                                 free_pages);
4136 }
4137
4138 #ifdef CONFIG_NUMA
4139 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4140
4141 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4142 {
4143         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4144                                 node_reclaim_distance;
4145 }
4146 #else   /* CONFIG_NUMA */
4147 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4148 {
4149         return true;
4150 }
4151 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4152
4153 /*
4154  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4155  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4156  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4157  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4158  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4159  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4160  */
4161 static inline unsigned int
4162 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4163 {
4164         unsigned int alloc_flags;
4165
4166         /*
4167          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4168          * to save a branch.
4169          */
4170         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4171
4172 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4173         if (!zone)
4174                 return alloc_flags;
4175
4176         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4177                 return alloc_flags;
4178
4179         /*
4180          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4181          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4182          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4183          */
4184         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4185         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4186                 return alloc_flags;
4187
4188         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4189 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4190         return alloc_flags;
4191 }
4192
4193 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4194 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4195                                                   unsigned int alloc_flags)
4196 {
4197 #ifdef CONFIG_CMA
4198         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4199                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4200 #endif
4201         return alloc_flags;
4202 }
4203
4204 /*
4205  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4206  * a page.
4207  */
4208 static struct page *
4209 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4210                                                 const struct alloc_context *ac)
4211 {
4212         struct zoneref *z;
4213         struct zone *zone;
4214         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4215         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4216         bool no_fallback;
4217
4218 retry:
4219         /*
4220          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4221          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
4222          */
4223         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4224         z = ac->preferred_zoneref;
4225         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4226                                         ac->nodemask) {
4227                 struct page *page;
4228                 unsigned long mark;
4229
4230                 if (cpusets_enabled() &&
4231                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4232                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4233                                 continue;
4234                 /*
4235                  * When allocating a page cache page for writing, we
4236                  * want to get it from a node that is within its dirty
4237                  * limit, such that no single node holds more than its
4238                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4239                  * The dirty limits take into account the node's
4240                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4241                  * should be able to balance it without having to
4242                  * write pages from its LRU list.
4243                  *
4244                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4245                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4246                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4247                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4248                  * nodes are together not big enough to reach the
4249                  * global limit.  The proper fix for these situations
4250                  * will require awareness of nodes in the
4251                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4252                  */
4253                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4254                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4255                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4256                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4257                         }
4258
4259                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4260                                 continue;
4261                 }
4262
4263                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4264                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4265                         int local_nid;
4266
4267                         /*
4268                          * If moving to a remote node, retry but allow
4269                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4270                          * than fragmentation avoidance.
4271                          */
4272                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4273                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4274                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4275                                 goto retry;
4276                         }
4277                 }
4278
4279                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4280                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4281                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4282                                        gfp_mask)) {
4283                         int ret;
4284
4285 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4286                         /*
4287                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4288                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4289                          */
4290                         if (deferred_pages_enabled()) {
4291                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4292                                         goto try_this_zone;
4293                         }
4294 #endif
4295                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4296                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4297                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4298                                 goto try_this_zone;
4299
4300                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4301                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4302                                 continue;
4303
4304                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4305                         switch (ret) {
4306                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4307                                 /* did not scan */
4308                                 continue;
4309                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4310                                 /* scanned but unreclaimable */
4311                                 continue;
4312                         default:
4313                                 /* did we reclaim enough */
4314                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4315                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4316                                         goto try_this_zone;
4317
4318                                 continue;
4319                         }
4320                 }
4321
4322 try_this_zone:
4323                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4324                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4325                 if (page) {
4326                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4327
4328                         /*
4329                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4330                          * if the pageblock should be reserved for the future
4331                          */
4332                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
4333                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4334
4335                         return page;
4336                 } else {
4337 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4338                         /* Try again if zone has deferred pages */
4339                         if (deferred_pages_enabled()) {
4340                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4341                                         goto try_this_zone;
4342                         }
4343 #endif
4344                 }
4345         }
4346
4347         /*
4348          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4349          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4350          */
4351         if (no_fallback) {
4352                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4353                 goto retry;
4354         }
4355
4356         return NULL;
4357 }
4358
4359 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4360 {
4361         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4362
4363         /*
4364          * This documents exceptions given to allocations in certain
4365          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4366          * of allowed nodes.
4367          */
4368         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4369                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4370                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4371                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4372         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4373                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4374
4375         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
4376 }
4377
4378 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4379 {
4380         struct va_format vaf;
4381         va_list args;
4382         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4383
4384         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4385              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4386              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4387                 return;
4388
4389         va_start(args, fmt);
4390         vaf.fmt = fmt;
4391         vaf.va = &args;
4392         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4393                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4394                         nodemask_pr_args(nodemask));
4395         va_end(args);
4396
4397         cpuset_print_current_mems_allowed();
4398         pr_cont("\n");
4399         dump_stack();
4400         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4401 }
4402
4403 static inline struct page *
4404 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4405                               unsigned int alloc_flags,
4406                               const struct alloc_context *ac)
4407 {
4408         struct page *page;
4409
4410         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4411                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4412         /*
4413          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4414          * are depleted
4415          */
4416         if (!page)
4417                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4418                                 alloc_flags, ac);
4419
4420         return page;
4421 }
4422
4423 static inline struct page *
4424 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4425         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4426 {
4427         struct oom_control oc = {
4428                 .zonelist = ac->zonelist,
4429                 .nodemask = ac->nodemask,
4430                 .memcg = NULL,
4431                 .gfp_mask = gfp_mask,
4432                 .order = order,
4433         };
4434         struct page *page;
4435
4436         *did_some_progress = 0;
4437
4438         /*
4439          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4440          * making progress for us.
4441          */
4442         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4443                 *did_some_progress = 1;
4444                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4445                 return NULL;
4446         }
4447
4448         /*
4449          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4450          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4451          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4452          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4453          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4454          */
4455         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4456                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4457                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4458         if (page)
4459                 goto out;
4460
4461         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4462         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4463                 goto out;
4464         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4465         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4466                 goto out;
4467         /*
4468          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4469          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4470          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4471          * fallback than shooting a random task.
4472          *
4473          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4474          */
4475         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4476                 goto out;
4477         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4478         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4479                 goto out;
4480         if (pm_suspended_storage())
4481                 goto out;
4482         /*
4483          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4484          * other request to make a forward progress.
4485          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4486          * do much for this context but let's try it to at least get
4487          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4488          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4489          * failures more gracefully we should just bail out here.
4490          */
4491
4492         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4493         if (out_of_memory(&oc) ||
4494             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4495                 *did_some_progress = 1;
4496
4497                 /*
4498                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4499                  * reserves
4500                  */
4501                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4502                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4503                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4504         }
4505 out:
4506         mutex_unlock(&oom_lock);
4507         return page;
4508 }
4509
4510 /*
4511  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4512  * killer is consider as the only way to move forward.
4513  */
4514 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4515
4516 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4517 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4518 static struct page *
4519 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4520                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4521                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4522 {
4523         struct page *page = NULL;
4524         unsigned long pflags;
4525         unsigned int noreclaim_flag;
4526
4527         if (!order)
4528                 return NULL;
4529
4530         psi_memstall_enter(&pflags);
4531         delayacct_compact_start();
4532         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4533
4534         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4535                                                                 prio, &page);
4536
4537         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4538         psi_memstall_leave(&pflags);
4539         delayacct_compact_end();
4540
4541         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4542                 return NULL;
4543         /*
4544          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4545          * count a compaction stall
4546          */
4547         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4548
4549         /* Prep a captured page if available */
4550         if (page)
4551                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4552
4553         /* Try get a page from the freelist if available */
4554         if (!page)
4555                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4556
4557         if (page) {
4558                 struct zone *zone = page_zone(page);
4559
4560                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4561                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4562                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4563                 return page;
4564         }
4565
4566         /*
4567          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4568          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4569          */
4570         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4571
4572         cond_resched();
4573
4574         return NULL;
4575 }
4576
4577 static inline bool
4578 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4579                      enum compact_result compact_result,
4580                      enum compact_priority *compact_priority,
4581                      int *compaction_retries)
4582 {
4583         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4584         int min_priority;
4585         bool ret = false;
4586         int retries = *compaction_retries;
4587         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4588
4589         if (!order)
4590                 return false;
4591
4592         if (fatal_signal_pending(current))
4593                 return false;
4594
4595         if (compaction_made_progress(compact_result))
4596                 (*compaction_retries)++;
4597
4598         /*
4599          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4600          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4601          * failure could be caused by insufficient priority
4602          */
4603         if (compaction_failed(compact_result))
4604                 goto check_priority;
4605
4606         /*
4607          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4608          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4609          */
4610         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4611                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4612                 goto out;
4613         }
4614
4615         /*
4616          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4617          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4618          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4619          * we don't just keep bailing out endlessly.
4620          */
4621         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4622                 goto check_priority;
4623         }
4624
4625         /*
4626          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4627          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4628          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4629          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4630          * would need much more detailed feedback from compaction to
4631          * make a better decision.
4632          */
4633         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4634                 max_retries /= 4;
4635         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4636                 ret = true;
4637                 goto out;
4638         }
4639
4640         /*
4641          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4642          * all retries or failed at the lower priorities.
4643          */
4644 check_priority:
4645         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4646                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4647
4648         if (*compact_priority > min_priority) {
4649                 (*compact_priority)--;
4650                 *compaction_retries = 0;
4651                 ret = true;
4652         }
4653 out:
4654         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4655         return ret;
4656 }
4657 #else
4658 static inline struct page *
4659 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4660                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4661                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4662 {
4663         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4664         return NULL;
4665 }
4666
4667 static inline bool
4668 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4669                      enum compact_result compact_result,
4670                      enum compact_priority *compact_priority,
4671                      int *compaction_retries)
4672 {
4673         struct zone *zone;
4674         struct zoneref *z;
4675
4676         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4677                 return false;
4678
4679         /*
4680          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4681          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4682          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4683          * watermarks are OK.
4684          */
4685         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4686                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4687                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4688                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4689                         return true;
4690         }
4691         return false;
4692 }
4693 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4694
4695 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4696 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4697         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4698
4699 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4700 {
4701         /* no reclaim without waiting on it */
4702         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4703                 return false;
4704
4705         /* this guy won't enter reclaim */
4706         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4707                 return false;
4708
4709         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4710                 return false;
4711
4712         return true;
4713 }
4714
4715 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4716 {
4717         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4718 }
4719
4720 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4721 {
4722         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4723 }
4724
4725 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4726 {
4727         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4728
4729         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4730                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4731                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4732
4733 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4734                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4735                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4736 #endif
4737
4738         }
4739 }
4740 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4741
4742 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4743 {
4744         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4745
4746         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4747                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4748                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4749         }
4750 }
4751 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4752 #endif
4753
4754 /*
4755  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4756  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4757  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4758  * embedded spin_lock.
4759  */
4760 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4761
4762 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4763 {
4764         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4765                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4766
4767         return 0;
4768 }
4769
4770 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4771 {
4772         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4773                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4774
4775         return seq;
4776 }
4777
4778 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4779 static unsigned long
4780 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4781                                         const struct alloc_context *ac)
4782 {
4783         unsigned int noreclaim_flag;
4784         unsigned long progress;
4785
4786         cond_resched();
4787
4788         /* We now go into synchronous reclaim */
4789         cpuset_memory_pressure_bump();
4790         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4791         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4792
4793         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4794                                                                 ac->nodemask);
4795
4796         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4797         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4798
4799         cond_resched();
4800
4801         return progress;
4802 }
4803
4804 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4805 static inline struct page *
4806 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4807                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4808                 unsigned long *did_some_progress)
4809 {
4810         struct page *page = NULL;
4811         unsigned long pflags;
4812         bool drained = false;
4813
4814         psi_memstall_enter(&pflags);
4815         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4816         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4817                 goto out;
4818
4819 retry:
4820         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4821
4822         /*
4823          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4824          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4825          * Shrink them and try again
4826          */
4827         if (!page && !drained) {
4828                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4829                 drain_all_pages(NULL);
4830                 drained = true;
4831                 goto retry;
4832         }
4833 out:
4834         psi_memstall_leave(&pflags);
4835
4836         return page;
4837 }
4838
4839 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4840                              const struct alloc_context *ac)
4841 {
4842         struct zoneref *z;
4843         struct zone *zone;
4844         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4845         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4846
4847         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4848                                         ac->nodemask) {
4849                 if (!managed_zone(zone))
4850                         continue;
4851                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4852                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4853                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4854                 }
4855         }
4856 }
4857
4858 static inline unsigned int
4859 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4860 {
4861         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4862
4863         /*
4864          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
4865          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4866          * to save two branches.
4867          */
4868         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
4869         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4870
4871         /*
4872          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4873          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4874          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4875          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
4876          */
4877         alloc_flags |= (__force int)
4878                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4879
4880         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
4881                 /*
4882                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4883                  * if it can't schedule.
4884                  */
4885                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
4886                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
4887
4888                         if (order > 0)
4889                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
4890                 }
4891
4892                 /*
4893                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
4894                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
4895                  * __cpuset_node_allowed().
4896                  */
4897                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
4898                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4899         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4900                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
4901
4902         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4903
4904         return alloc_flags;
4905 }
4906
4907 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4908 {
4909         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4910                 return false;
4911
4912         /*
4913          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4914          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4915          */
4916         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4917                 return false;
4918
4919         return true;
4920 }
4921
4922 /*
4923  * Distinguish requests which really need access to full memory
4924  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4925  */
4926 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4927 {
4928         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4929                 return 0;
4930         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4931                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4932         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4933                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4934         if (!in_interrupt()) {
4935                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4936                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4937                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4938                         return ALLOC_OOM;
4939         }
4940
4941         return 0;
4942 }
4943
4944 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4945 {
4946         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4947 }
4948
4949 /*
4950  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4951  * for the given allocation request.
4952  *
4953  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4954  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4955  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4956  *
4957  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4958  */
4959 static inline bool
4960 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4961                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4962                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4963 {
4964         struct zone *zone;
4965         struct zoneref *z;
4966         bool ret = false;
4967
4968         /*
4969          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4970          * their order will become available due to high fragmentation so
4971          * always increment the no progress counter for them
4972          */
4973         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4974                 *no_progress_loops = 0;
4975         else
4976                 (*no_progress_loops)++;
4977
4978         /*
4979          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4980          * several times in the row.
4981          */
4982         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4983                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4984                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4985         }
4986
4987         /*
4988          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4989          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4990          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4991          * screwed and have to go OOM.
4992          */
4993         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4994                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4995                 unsigned long available;
4996                 unsigned long reclaimable;
4997                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4998                 bool wmark;
4999
5000                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
5001                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
5002
5003                 /*
5004                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
5005                  * reclaimable pages?
5006                  */
5007                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
5008                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
5009                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
5010                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
5011                 if (wmark) {
5012                         ret = true;
5013                         break;
5014                 }
5015         }
5016
5017         /*
5018          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
5019          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
5020          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
5021          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
5022          * here rather than calling cond_resched().
5023          */
5024         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
5025                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
5026         else
5027                 cond_resched();
5028         return ret;
5029 }
5030
5031 static inline bool
5032 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
5033 {
5034         /*
5035          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
5036          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
5037          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
5038          * such a way the check therein was true, and then it became false
5039          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
5040          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
5041          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
5042          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
5043          * caller can deal with a violated nodemask.
5044          */
5045         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
5046                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
5047                 ac->nodemask = NULL;
5048                 return true;
5049         }
5050
5051         /*
5052          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
5053          * possible to race with parallel threads in such a way that our
5054          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
5055          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
5056          * retry.
5057          */
5058         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
5059                 return true;
5060
5061         return false;
5062 }
5063
5064 static inline struct page *
5065 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5066                                                 struct alloc_context *ac)
5067 {
5068         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
5069         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
5070         struct page *page = NULL;
5071         unsigned int alloc_flags;
5072         unsigned long did_some_progress;
5073         enum compact_priority compact_priority;
5074         enum compact_result compact_result;
5075         int compaction_retries;
5076         int no_progress_loops;
5077         unsigned int cpuset_mems_cookie;
5078         unsigned int zonelist_iter_cookie;
5079         int reserve_flags;
5080
5081 restart:
5082         compaction_retries = 0;
5083         no_progress_loops = 0;
5084         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
5085         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
5086         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
5087
5088         /*
5089          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
5090          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
5091          * alloc_flags precisely. So we do that now.
5092          */
5093         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
5094
5095         /*
5096          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
5097          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
5098          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
5099          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
5100          */
5101         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5102                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5103         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
5104                 goto nopage;
5105
5106         /*
5107          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
5108          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
5109          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
5110          */
5111         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
5112                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5113                                         ac->highest_zoneidx,
5114                                         &cpuset_current_mems_allowed);
5115                 if (!z->zone)
5116                         goto nopage;
5117         }
5118
5119         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5120                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5121
5122         /*
5123          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
5124          * that first
5125          */
5126         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5127         if (page)
5128                 goto got_pg;
5129
5130         /*
5131          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
5132          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
5133          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
5134          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
5135          * same migratetype.
5136          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
5137          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
5138          */
5139         if (can_direct_reclaim &&
5140                         (costly_order ||
5141                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
5142                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
5143                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
5144                                                 alloc_flags, ac,
5145                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5146                                                 &compact_result);
5147                 if (page)
5148                         goto got_pg;
5149
5150                 /*
5151                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5152                  * includes some THP page fault allocations
5153                  */
5154                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5155                         /*
5156                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5157                          * failed because all zones are below low watermarks
5158                          * or is prohibited because it recently failed at this
5159                          * order, fail immediately unless the allocator has
5160                          * requested compaction and reclaim retry.
5161                          *
5162                          * Reclaim is
5163                          *  - potentially very expensive because zones are far
5164                          *    below their low watermarks or this is part of very
5165                          *    bursty high order allocations,
5166                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5167                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5168                          *    linear scan, and
5169                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5170                          *    own.
5171                          */
5172                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5173                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5174                                 goto nopage;
5175
5176                         /*
5177                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5178                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5179                          * using async compaction.
5180                          */
5181                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5182                 }
5183         }
5184
5185 retry:
5186         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5187         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5188                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5189
5190         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5191         if (reserve_flags)
5192                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
5193                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
5194
5195         /*
5196          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5197          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5198          * user oriented.
5199          */
5200         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5201                 ac->nodemask = NULL;
5202                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5203                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5204         }
5205
5206         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5207         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5208         if (page)
5209                 goto got_pg;
5210
5211         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5212         if (!can_direct_reclaim)
5213                 goto nopage;
5214
5215         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5216         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5217                 goto nopage;
5218
5219         /* Try direct reclaim and then allocating */
5220         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5221                                                         &did_some_progress);
5222         if (page)
5223                 goto got_pg;
5224
5225         /* Try direct compaction and then allocating */
5226         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5227                                         compact_priority, &compact_result);
5228         if (page)
5229                 goto got_pg;
5230
5231         /* Do not loop if specifically requested */
5232         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5233                 goto nopage;
5234
5235         /*
5236          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5237          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5238          */
5239         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5240                 goto nopage;
5241
5242         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5243                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5244                 goto retry;
5245
5246         /*
5247          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5248          * reclaim is not able to make any progress because the current
5249          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5250          * of free memory (see __compaction_suitable)
5251          */
5252         if (did_some_progress > 0 &&
5253                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5254                                 compact_result, &compact_priority,
5255                                 &compaction_retries))
5256                 goto retry;
5257
5258
5259         /*
5260          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5261          * a unnecessary OOM kill.
5262          */
5263         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5264             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5265                 goto restart;
5266
5267         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5268         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5269         if (page)
5270                 goto got_pg;
5271
5272         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5273         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5274             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5275              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5276                 goto nopage;
5277
5278         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5279         if (did_some_progress) {
5280                 no_progress_loops = 0;
5281                 goto retry;
5282         }
5283
5284 nopage:
5285         /*
5286          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5287          * a unnecessary OOM kill.
5288          */
5289         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5290             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5291                 goto restart;
5292
5293         /*
5294          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5295          * we always retry
5296          */
5297         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5298                 /*
5299                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5300                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5301                  */
5302                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5303                         goto fail;
5304
5305                 /*
5306                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5307                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5308                  * for somebody to do a work for us
5309                  */
5310                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5311
5312                 /*
5313                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5314                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5315                  * so that we can identify them and convert them to something
5316                  * else.
5317                  */
5318                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
5319
5320                 /*
5321                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
5322                  * reserves normally used for high priority non-blocking
5323                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5324                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5325                  * the situation worse.
5326                  */
5327                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
5328                 if (page)
5329                         goto got_pg;
5330
5331                 cond_resched();
5332                 goto retry;
5333         }
5334 fail:
5335         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5336                         "page allocation failure: order:%u", order);
5337 got_pg:
5338         return page;
5339 }
5340
5341 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5342                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5343                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5344                 unsigned int *alloc_flags)
5345 {
5346         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5347         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5348         ac->nodemask = nodemask;
5349         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5350
5351         if (cpusets_enabled()) {
5352                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5353                 /*
5354                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5355                  * to the current task context. It means that any node ok.
5356                  */
5357                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5358                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5359                 else
5360                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5361         }
5362
5363         might_alloc(gfp_mask);
5364
5365         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5366                 return false;
5367
5368         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5369
5370         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5371         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5372
5373         /*
5374          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5375          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5376          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5377          */
5378         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5379                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5380
5381         return true;
5382 }
5383
5384 /*
5385  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5386  * @gfp: GFP flags for the allocation
5387  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5388  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5389  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5390  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5391  * @page_array: Optional array to store the pages
5392  *
5393  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5394  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5395  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5396  *
5397  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5398  *
5399  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5400  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5401  *
5402  * Returns the number of pages on the list or array.
5403  */
5404 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5405                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5406                         struct list_head *page_list,
5407                         struct page **page_array)
5408 {
5409         struct page *page;
5410         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
5411         struct zone *zone;
5412         struct zoneref *z;
5413         struct per_cpu_pages *pcp;
5414         struct list_head *pcp_list;
5415         struct alloc_context ac;
5416         gfp_t alloc_gfp;
5417         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5418         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5419
5420         /*
5421          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5422          * to be allocated before disabling IRQs.
5423          */
5424         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5425                 nr_populated++;
5426
5427         /* No pages requested? */
5428         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5429                 goto out;
5430
5431         /* Already populated array? */
5432         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5433                 goto out;
5434
5435         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5436         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5437                 goto failed;
5438
5439         /* Use the single page allocator for one page. */
5440         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5441                 goto failed;
5442
5443 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5444         /*
5445          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5446          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5447          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5448          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5449          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5450          */
5451         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5452                 goto failed;
5453 #endif
5454
5455         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5456         gfp &= gfp_allowed_mask;
5457         alloc_gfp = gfp;
5458         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5459                 goto out;
5460         gfp = alloc_gfp;
5461
5462         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5463         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5464                 unsigned long mark;
5465
5466                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5467                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5468                         continue;
5469                 }
5470
5471                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5472                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5473                         goto failed;
5474                 }
5475
5476                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5477                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5478                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5479                                 alloc_flags, gfp)) {
5480                         break;
5481                 }
5482         }
5483
5484         /*
5485          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5486          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5487          */
5488         if (unlikely(!zone))
5489                 goto failed;
5490
5491         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
5492         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
5493         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
5494         if (!pcp)
5495                 goto failed_irq;
5496
5497         /* Attempt the batch allocation */
5498         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5499         while (nr_populated < nr_pages) {
5500
5501                 /* Skip existing pages */
5502                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5503                         nr_populated++;
5504                         continue;
5505                 }
5506
5507                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5508                                                                 pcp, pcp_list);
5509                 if (unlikely(!page)) {
5510                         /* Try and allocate at least one page */
5511                         if (!nr_account) {
5512                                 pcp_spin_unlock(pcp);
5513                                 goto failed_irq;
5514                         }
5515                         break;
5516                 }
5517                 nr_account++;
5518
5519                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5520                 if (page_list)
5521                         list_add(&page->lru, page_list);
5522                 else
5523                         page_array[nr_populated] = page;
5524                 nr_populated++;
5525         }
5526
5527         pcp_spin_unlock(pcp);
5528         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5529
5530         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5531         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5532
5533 out:
5534         return nr_populated;
5535
5536 failed_irq:
5537         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5538
5539 failed:
5540         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5541         if (page) {
5542                 if (page_list)
5543                         list_add(&page->lru, page_list);
5544                 else
5545                         page_array[nr_populated] = page;
5546                 nr_populated++;
5547         }
5548
5549         goto out;
5550 }
5551 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5552
5553 /*
5554  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5555  */
5556 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5557                                                         nodemask_t *nodemask)
5558 {
5559         struct page *page;
5560         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5561         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5562         struct alloc_context ac = { };
5563
5564         /*
5565          * There are several places where we assume that the order value is sane
5566          * so bail out early if the request is out of bound.
5567          */
5568         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5569                 return NULL;
5570
5571         gfp &= gfp_allowed_mask;
5572         /*
5573          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5574          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5575          * from a particular context which has been marked by
5576          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5577          * movable zones are not used during allocation.
5578          */
5579         gfp = current_gfp_context(gfp);
5580         alloc_gfp = gfp;
5581         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5582                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5583                 return NULL;
5584
5585         /*
5586          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5587          * memory until all local zones are considered.
5588          */
5589         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5590
5591         /* First allocation attempt */
5592         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5593         if (likely(page))
5594                 goto out;
5595
5596         alloc_gfp = gfp;
5597         ac.spread_dirty_pages = false;
5598
5599         /*
5600          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5601          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5602          */
5603         ac.nodemask = nodemask;
5604
5605         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5606
5607 out:
5608         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5609             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5610                 __free_pages(page, order);
5611                 page = NULL;
5612         }
5613
5614         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5615         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
5616
5617         return page;
5618 }
5619 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5620
5621 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5622                 nodemask_t *nodemask)
5623 {
5624         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5625                         preferred_nid, nodemask);
5626
5627         if (page && order > 1)
5628                 prep_transhuge_page(page);
5629         return (struct folio *)page;
5630 }
5631 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5632
5633 /*
5634  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5635  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5636  * you need to access high mem.
5637  */
5638 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5639 {
5640         struct page *page;
5641
5642         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5643         if (!page)
5644                 return 0;
5645         return (unsigned long) page_address(page);
5646 }
5647 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5648
5649 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5650 {
5651         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5652 }
5653 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5654
5655 /**
5656  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5657  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5658  * @order: The order of the allocation.
5659  *
5660  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5661  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5662  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5663  * than was allocated will probably emit a warning.
5664  *
5665  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5666  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5667  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5668  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5669  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5670  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5671  *
5672  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5673  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5674  */
5675 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5676 {
5677         /* get PageHead before we drop reference */
5678         int head = PageHead(page);
5679
5680         if (put_page_testzero(page))
5681                 free_the_page(page, order);
5682         else if (!head)
5683                 while (order-- > 0)
5684                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5685 }
5686 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5687
5688 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5689 {
5690         if (addr != 0) {
5691                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5692                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5693         }
5694 }
5695
5696 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5697
5698 /*
5699  * Page Fragment:
5700  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5701  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5702  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5703  *
5704  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5705  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5706  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5707  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5708  */
5709 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5710                                              gfp_t gfp_mask)
5711 {
5712         struct page *page = NULL;
5713         gfp_t gfp = gfp_mask;
5714
5715 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5716         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5717                     __GFP_NOMEMALLOC;
5718         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5719                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5720         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5721 #endif
5722         if (unlikely(!page))
5723                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5724
5725         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5726
5727         return page;
5728 }
5729
5730 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5731 {
5732         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5733
5734         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5735                 free_the_page(page, compound_order(page));
5736 }
5737 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5738
5739 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5740                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5741                       unsigned int align_mask)
5742 {
5743         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5744         struct page *page;
5745         int offset;
5746
5747         if (unlikely(!nc->va)) {
5748 refill:
5749                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5750                 if (!page)
5751                         return NULL;
5752
5753 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5754                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5755                 size = nc->size;
5756 #endif
5757                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5758                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5759                  */
5760                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5761
5762                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5763                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5764                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5765                 nc->offset = size;
5766         }
5767
5768         offset = nc->offset - fragsz;
5769         if (unlikely(offset < 0)) {
5770                 page = virt_to_page(nc->va);
5771
5772                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5773                         goto refill;
5774
5775                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5776                         free_the_page(page, compound_order(page));
5777                         goto refill;
5778                 }
5779
5780 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5781                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5782                 size = nc->size;
5783 #endif
5784                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5785                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5786
5787                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5788                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5789                 offset = size - fragsz;
5790                 if (unlikely(offset < 0)) {
5791                         /*
5792                          * The caller is trying to allocate a fragment
5793                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5794                          * enough to satisfy the request, this may
5795                          * happen in low memory conditions.
5796                          * We don't release the cache page because
5797                          * it could make memory pressure worse
5798                          * so we simply return NULL here.
5799                          */
5800                         return NULL;
5801                 }
5802         }
5803
5804         nc->pagecnt_bias--;
5805         offset &= align_mask;
5806         nc->offset = offset;
5807
5808         return nc->va + offset;
5809 }
5810 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5811
5812 /*
5813  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5814  */
5815 void page_frag_free(void *addr)
5816 {
5817         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5818
5819         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5820                 free_the_page(page, compound_order(page));
5821 }
5822 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5823
5824 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5825                 size_t size)
5826 {
5827         if (addr) {
5828                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5829                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5830                 struct page *last = page + nr;
5831
5832                 split_page_owner(page, 1 << order);
5833                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5834                 while (page < --last)
5835                         set_page_refcounted(last);
5836
5837                 last = page + (1UL << order);
5838                 for (page += nr; page < last; page++)
5839                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5840         }
5841         return (void *)addr;
5842 }
5843
5844 /**
5845  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5846  * @size: the number of bytes to allocate
5847  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5848  *
5849  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5850  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5851  * allocate memory in power-of-two pages.
5852  *
5853  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5854  *
5855  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5856  *
5857  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5858  */
5859 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5860 {
5861         unsigned int order = get_order(size);
5862         unsigned long addr;
5863
5864         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5865                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5866
5867         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5868         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5869 }
5870 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5871
5872 /**
5873  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5874  *                         pages on a node.
5875  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5876  * @size: the number of bytes to allocate
5877  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5878  *
5879  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5880  * back.
5881  *
5882  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5883  */
5884 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5885 {
5886         unsigned int order = get_order(size);
5887         struct page *p;
5888
5889         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5890                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5891
5892         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5893         if (!p)
5894                 return NULL;
5895         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5896 }
5897
5898 /**
5899  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5900  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5901  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5902  *
5903  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5904  */
5905 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5906 {
5907         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5908         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5909
5910         while (addr < end) {
5911                 free_page(addr);
5912                 addr += PAGE_SIZE;
5913         }
5914 }
5915 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5916
5917 /**
5918  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5919  * @offset: The zone index of the highest zone
5920  *
5921  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5922  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5923  * zone, the number of pages is calculated as:
5924  *
5925  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5926  *
5927  * Return: number of pages beyond high watermark.
5928  */
5929 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5930 {
5931         struct zoneref *z;
5932         struct zone *zone;
5933
5934         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5935         unsigned long sum = 0;
5936
5937         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5938
5939         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5940                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5941                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5942                 if (size > high)
5943                         sum += size - high;
5944         }
5945
5946         return sum;
5947 }
5948
5949 /**
5950  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5951  *
5952  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5953  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5954  *
5955  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5956  * ZONE_NORMAL.
5957  */
5958 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5959 {
5960         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5961 }
5962 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5963
5964 static inline void show_node(struct zone *zone)
5965 {
5966         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5967                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5968 }
5969
5970 long si_mem_available(void)
5971 {
5972         long available;
5973         unsigned long pagecache;
5974         unsigned long wmark_low = 0;
5975         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5976         unsigned long reclaimable;
5977         struct zone *zone;
5978         int lru;
5979
5980         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5981                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5982
5983         for_each_zone(zone)
5984                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5985
5986         /*
5987          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5988          * without causing swapping or OOM.
5989          */
5990         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5991
5992         /*
5993          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5994          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5995          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5996          */
5997         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5998         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5999         available += pagecache;
6000
6001         /*
6002          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
6003          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
6004          * low watermark.
6005          */
6006         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
6007                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
6008         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
6009
6010         if (available < 0)
6011                 available = 0;
6012         return available;
6013 }
6014 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
6015
6016 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
6017 {
6018         val->totalram = totalram_pages();
6019         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
6020         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
6021         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
6022         val->totalhigh = totalhigh_pages();
6023         val->freehigh = nr_free_highpages();
6024         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6025 }
6026
6027 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
6028
6029 #ifdef CONFIG_NUMA
6030 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
6031 {
6032         int zone_type;          /* needs to be signed */
6033         unsigned long managed_pages = 0;
6034         unsigned long managed_highpages = 0;
6035         unsigned long free_highpages = 0;
6036         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6037
6038         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
6039                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
6040         val->totalram = managed_pages;
6041         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
6042         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
6043 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6044         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
6045                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6046
6047                 if (is_highmem(zone)) {
6048                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
6049                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6050                 }
6051         }
6052         val->totalhigh = managed_highpages;
6053         val->freehigh = free_highpages;
6054 #else
6055         val->totalhigh = managed_highpages;
6056         val->freehigh = free_highpages;
6057 #endif
6058         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6059 }
6060 #endif
6061
6062 /*
6063  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
6064  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
6065  */
6066 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
6067 {
6068         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
6069                 return false;
6070
6071         /*
6072          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
6073          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
6074          * have to be precise here.
6075          */
6076         if (!nodemask)
6077                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
6078
6079         return !node_isset(nid, *nodemask);
6080 }
6081
6082 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
6083
6084 static void show_migration_types(unsigned char type)
6085 {
6086         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
6087                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
6088                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
6089                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
6090                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
6091 #ifdef CONFIG_CMA
6092                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
6093 #endif
6094 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
6095                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
6096 #endif
6097         };
6098         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
6099         char *p = tmp;
6100         int i;
6101
6102         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
6103                 if (type & (1 << i))
6104                         *p++ = types[i];
6105         }
6106
6107         *p = '\0';
6108         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
6109 }
6110
6111 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
6112 {
6113         int zone_idx;
6114         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
6115                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
6116                         return true;
6117         return false;
6118 }
6119
6120 /*
6121  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
6122  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
6123  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
6124  *
6125  * Bits in @filter:
6126  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
6127  *   cpuset.
6128  */
6129 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
6130 {
6131         unsigned long free_pcp = 0;
6132         int cpu, nid;
6133         struct zone *zone;
6134         pg_data_t *pgdat;
6135
6136         for_each_populated_zone(zone) {
6137                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6138                         continue;
6139                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6140                         continue;
6141
6142                 for_each_online_cpu(cpu)
6143                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6144         }
6145
6146         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
6147                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
6148                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
6149                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
6150                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
6151                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
6152                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
6153                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
6154                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
6155                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
6156                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
6157                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
6158                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
6159                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
6160                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
6161                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
6162                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
6163                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
6164                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
6165                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
6166                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
6167                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
6168                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
6169                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
6170                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
6171                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
6172                 free_pcp,
6173                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
6174
6175         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6176                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
6177                         continue;
6178                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
6179                         continue;
6180
6181                 printk("Node %d"
6182                         " active_anon:%lukB"
6183                         " inactive_anon:%lukB"
6184                         " active_file:%lukB"
6185                         " inactive_file:%lukB"
6186                         " unevictable:%lukB"
6187                         " isolated(anon):%lukB"
6188                         " isolated(file):%lukB"
6189                         " mapped:%lukB"
6190                         " dirty:%lukB"
6191                         " writeback:%lukB"
6192                         " shmem:%lukB"
6193 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6194                         " shmem_thp: %lukB"
6195                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6196                         " anon_thp: %lukB"
6197 #endif
6198                         " writeback_tmp:%lukB"
6199                         " kernel_stack:%lukB"
6200 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6201                         " shadow_call_stack:%lukB"
6202 #endif
6203                         " pagetables:%lukB"
6204                         " sec_pagetables:%lukB"
6205                         " all_unreclaimable? %s"
6206                         "\n",
6207                         pgdat->node_id,
6208                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6209                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6210                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6211                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6212                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6213                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6214                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6215                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6216                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6217                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6218                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6219 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6220                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6221                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6222                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6223 #endif
6224                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6225                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6226 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6227                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6228 #endif
6229                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6230                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
6231                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6232                                 "yes" : "no");
6233         }
6234
6235         for_each_populated_zone(zone) {
6236                 int i;
6237
6238                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6239                         continue;
6240                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6241                         continue;
6242
6243                 free_pcp = 0;
6244                 for_each_online_cpu(cpu)
6245                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6246
6247                 show_node(zone);
6248                 printk(KERN_CONT
6249                         "%s"
6250                         " free:%lukB"
6251                         " boost:%lukB"
6252                         " min:%lukB"
6253                         " low:%lukB"
6254                         " high:%lukB"
6255                         " reserved_highatomic:%luKB"
6256                         " active_anon:%lukB"
6257                         " inactive_anon:%lukB"
6258                         " active_file:%lukB"
6259                         " inactive_file:%lukB"
6260                         " unevictable:%lukB"
6261                         " writepending:%lukB"
6262                         " present:%lukB"
6263                         " managed:%lukB"
6264                         " mlocked:%lukB"
6265                         " bounce:%lukB"
6266                         " free_pcp:%lukB"
6267                         " local_pcp:%ukB"
6268                         " free_cma:%lukB"
6269                         "\n",
6270                         zone->name,
6271                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6272                         K(zone->watermark_boost),
6273                         K(min_wmark_pages(zone)),
6274                         K(low_wmark_pages(zone)),
6275                         K(high_wmark_pages(zone)),
6276                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6277                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6278                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6279                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6280                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6281                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6282                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6283                         K(zone->present_pages),
6284                         K(zone_managed_pages(zone)),
6285                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6286                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6287                         K(free_pcp),
6288                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6289                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6290                 printk("lowmem_reserve[]:");
6291                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6292                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6293                 printk(KERN_CONT "\n");
6294         }
6295
6296         for_each_populated_zone(zone) {
6297                 unsigned int order;
6298                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6299                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6300
6301                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6302                         continue;
6303                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6304                         continue;
6305                 show_node(zone);
6306                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6307
6308                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6309                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6310                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6311                         int type;
6312
6313                         nr[order] = area->nr_free;
6314                         total += nr[order] << order;
6315
6316                         types[order] = 0;
6317                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6318                                 if (!free_area_empty(area, type))
6319                                         types[order] |= 1 << type;
6320                         }
6321                 }
6322                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6323                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6324                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6325                                nr[order], K(1UL) << order);
6326                         if (nr[order])
6327                                 show_migration_types(types[order]);
6328                 }
6329                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6330         }
6331
6332         for_each_online_node(nid) {
6333                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
6334                         continue;
6335                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
6336         }
6337
6338         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6339
6340         show_swap_cache_info();
6341 }
6342
6343 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6344 {
6345         zoneref->zone = zone;
6346         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6347 }
6348
6349 /*
6350  * Builds allocation fallback zone lists.
6351  *
6352  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6353  */
6354 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6355 {
6356         struct zone *zone;
6357         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6358         int nr_zones = 0;
6359
6360         do {
6361                 zone_type--;
6362                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6363                 if (populated_zone(zone)) {
6364                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6365                         check_highest_zone(zone_type);
6366                 }
6367         } while (zone_type);
6368
6369         return nr_zones;
6370 }
6371
6372 #ifdef CONFIG_NUMA
6373
6374 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6375 {
6376         /*
6377          * We used to support different zonelists modes but they turned
6378          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6379          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6380          * not fail it silently
6381          */
6382         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6383                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6384                 return -EINVAL;
6385         }
6386         return 0;
6387 }
6388
6389 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6390
6391 /*
6392  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6393  */
6394 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6395                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6396 {
6397         if (write)
6398                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6399         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6400 }
6401
6402
6403 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6404
6405 /**
6406  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6407  * @node: node whose fallback list we're appending
6408  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6409  *
6410  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6411  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6412  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6413  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6414  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6415  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6416  * on them otherwise.
6417  *
6418  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6419  */
6420 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6421 {
6422         int n, val;
6423         int min_val = INT_MAX;
6424         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6425
6426         /* Use the local node if we haven't already */
6427         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6428                 node_set(node, *used_node_mask);
6429                 return node;
6430         }
6431
6432         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6433
6434                 /* Don't want a node to appear more than once */
6435                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6436                         continue;
6437
6438                 /* Use the distance array to find the distance */
6439                 val = node_distance(node, n);
6440
6441                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6442                 val += (n < node);
6443
6444                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6445                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6446                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6447
6448                 /* Slight preference for less loaded node */
6449                 val *= MAX_NUMNODES;
6450                 val += node_load[n];
6451
6452                 if (val < min_val) {
6453                         min_val = val;
6454                         best_node = n;
6455                 }
6456         }
6457
6458         if (best_node >= 0)
6459                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6460
6461         return best_node;
6462 }
6463
6464
6465 /*
6466  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6467  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6468  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6469  */
6470 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6471                 unsigned nr_nodes)
6472 {
6473         struct zoneref *zonerefs;
6474         int i;
6475
6476         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6477
6478         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6479                 int nr_zones;
6480
6481                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6482
6483                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6484                 zonerefs += nr_zones;
6485         }
6486         zonerefs->zone = NULL;
6487         zonerefs->zone_idx = 0;
6488 }
6489
6490 /*
6491  * Build gfp_thisnode zonelists
6492  */
6493 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6494 {
6495         struct zoneref *zonerefs;
6496         int nr_zones;
6497
6498         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6499         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6500         zonerefs += nr_zones;
6501         zonerefs->zone = NULL;
6502         zonerefs->zone_idx = 0;
6503 }
6504
6505 /*
6506  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6507  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6508  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6509  * may still exist in local DMA zone.
6510  */
6511
6512 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6513 {
6514         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6515         int node, nr_nodes = 0;
6516         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6517         int local_node, prev_node;
6518
6519         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6520         local_node = pgdat->node_id;
6521         prev_node = local_node;
6522
6523         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6524         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6525                 /*
6526                  * We don't want to pressure a particular node.
6527                  * So adding penalty to the first node in same
6528                  * distance group to make it round-robin.
6529                  */
6530                 if (node_distance(local_node, node) !=
6531                     node_distance(local_node, prev_node))
6532                         node_load[node] += 1;
6533
6534                 node_order[nr_nodes++] = node;
6535                 prev_node = node;
6536         }
6537
6538         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6539         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6540         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6541         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6542                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6543         pr_cont("\n");
6544 }
6545
6546 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6547 /*
6548  * Return node id of node used for "local" allocations.
6549  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6550  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6551  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6552  */
6553 int local_memory_node(int node)
6554 {
6555         struct zoneref *z;
6556
6557         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6558                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6559                                    NULL);
6560         return zone_to_nid(z->zone);
6561 }
6562 #endif
6563
6564 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6565 static void setup_min_slab_ratio(void);
6566 #else   /* CONFIG_NUMA */
6567
6568 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6569 {
6570         int node, local_node;
6571         struct zoneref *zonerefs;
6572         int nr_zones;
6573
6574         local_node = pgdat->node_id;
6575
6576         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6577         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6578         zonerefs += nr_zones;
6579
6580         /*
6581          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6582          * of all the other nodes.
6583          * We don't want to pressure a particular node, so when
6584          * building the zones for node N, we make sure that the
6585          * zones coming right after the local ones are those from
6586          * node N+1 (modulo N)
6587          */
6588         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6589                 if (!node_online(node))
6590                         continue;
6591                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6592                 zonerefs += nr_zones;
6593         }
6594         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6595                 if (!node_online(node))
6596                         continue;
6597                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6598                 zonerefs += nr_zones;
6599         }
6600
6601         zonerefs->zone = NULL;
6602         zonerefs->zone_idx = 0;
6603 }
6604
6605 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6606
6607 /*
6608  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6609  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6610  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6611  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6612  * with interrupts disabled.
6613  *
6614  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6615  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6616  * hotplugged processors.
6617  *
6618  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6619  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6620  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6621  */
6622 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6623 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6624 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6625 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6626 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6627 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6628 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6629
6630 static void __build_all_zonelists(void *data)
6631 {
6632         int nid;
6633         int __maybe_unused cpu;
6634         pg_data_t *self = data;
6635
6636         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6637
6638 #ifdef CONFIG_NUMA
6639         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6640 #endif
6641
6642         /*
6643          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6644          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6645          */
6646         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6647                 build_zonelists(self);
6648         } else {
6649                 /*
6650                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6651                  * in free_area_init
6652                  */
6653                 for_each_node(nid) {
6654                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6655
6656                         build_zonelists(pgdat);
6657                 }
6658
6659 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6660                 /*
6661                  * We now know the "local memory node" for each node--
6662                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6663                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6664                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6665                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6666                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6667                  */
6668                 for_each_online_cpu(cpu)
6669                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6670 #endif
6671         }
6672
6673         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6674 }
6675
6676 static noinline void __init
6677 build_all_zonelists_init(void)
6678 {
6679         int cpu;
6680
6681         __build_all_zonelists(NULL);
6682
6683         /*
6684          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6685          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6686          * each zone will be allocated later when the per cpu
6687          * allocator is available.
6688          *
6689          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6690          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6691          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6692          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6693          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6694          * (a chicken-egg dilemma).
6695          */
6696         for_each_possible_cpu(cpu)
6697                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6698
6699         mminit_verify_zonelist();
6700         cpuset_init_current_mems_allowed();
6701 }
6702
6703 /*
6704  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6705  *
6706  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6707  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6708  */
6709 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6710 {
6711         unsigned long vm_total_pages;
6712
6713         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6714                 build_all_zonelists_init();
6715         } else {
6716                 __build_all_zonelists(pgdat);
6717                 /* cpuset refresh routine should be here */
6718         }
6719         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6720         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6721         /*
6722          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6723          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6724          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6725          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6726          * disabled and enable it later
6727          */
6728         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6729                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6730         else
6731                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6732
6733         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6734                 nr_online_nodes,
6735                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6736                 vm_total_pages);
6737 #ifdef CONFIG_NUMA
6738         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6739 #endif
6740 }
6741
6742 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6743 static bool __meminit
6744 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6745 {
6746         static struct memblock_region *r;
6747
6748         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6749                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6750                         for_each_mem_region(r) {
6751                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6752                                         break;
6753                         }
6754                 }
6755                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6756                     memblock_is_mirror(r)) {
6757                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6758                         return true;
6759                 }
6760         }
6761         return false;
6762 }
6763
6764 /*
6765  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6766  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6767  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6768  *
6769  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6770  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6771  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6772  */
6773 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6774                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6775                 enum meminit_context context,
6776                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6777 {
6778         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6779         struct page *page;
6780
6781         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6782                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6783
6784 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6785         /*
6786          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6787          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6788          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6789          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6790          * the hotplug lock.
6791          */
6792         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6793                 if (!altmap)
6794                         return;
6795
6796                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6797                         start_pfn += altmap->reserve;
6798                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6799         }
6800 #endif
6801
6802         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6803                 /*
6804                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6805                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6806                  */
6807                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6808                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6809                                 continue;
6810                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn)) {
6811                                 deferred_struct_pages = true;
6812                                 break;
6813                         }
6814                 }
6815
6816                 page = pfn_to_page(pfn);
6817                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6818                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6819                         __SetPageReserved(page);
6820
6821                 /*
6822                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6823                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6824                  * over the place during system boot.
6825                  */
6826                 if (pageblock_aligned(pfn)) {
6827                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6828                         cond_resched();
6829                 }
6830                 pfn++;
6831         }
6832 }
6833
6834 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6835 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6836                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6837                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6838 {
6839
6840         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6841
6842         /*
6843          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6844          * phase for it to be fully associated with a zone.
6845          *
6846          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6847          * the flag as we are still initializing the pages.
6848          */
6849         __SetPageReserved(page);
6850
6851         /*
6852          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6853          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6854          * ever freed or placed on a driver-private list.
6855          */
6856         page->pgmap = pgmap;
6857         page->zone_device_data = NULL;
6858
6859         /*
6860          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6861          * movable at startup. This will force kernel allocations
6862          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6863          * the address space during boot when many long-lived
6864          * kernel allocations are made.
6865          *
6866          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6867          * because this is done early in section_activate()
6868          */
6869         if (pageblock_aligned(pfn)) {
6870                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6871                 cond_resched();
6872         }
6873
6874         /*
6875          * ZONE_DEVICE pages are released directly to the driver page allocator
6876          * which will set the page count to 1 when allocating the page.
6877          */
6878         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE ||
6879             pgmap->type == MEMORY_DEVICE_COHERENT)
6880                 set_page_count(page, 0);
6881 }
6882
6883 /*
6884  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6885  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6886  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6887  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6888  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6889  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6890  */
6891 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6892                                               unsigned long nr_pages)
6893 {
6894         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6895                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6896 }
6897
6898 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6899                                        unsigned long head_pfn,
6900                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6901                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6902                                        unsigned long nr_pages)
6903 {
6904         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6905         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6906
6907         __SetPageHead(head);
6908         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6909                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6910
6911                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6912                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6913                 set_page_count(page, 0);
6914
6915                 /*
6916                  * The first tail page stores important compound page info.
6917                  * Call prep_compound_head() after the first tail page has
6918                  * been initialized, to not have the data overwritten.
6919                  */
6920                 if (pfn == head_pfn + 1)
6921                         prep_compound_head(head, order);
6922         }
6923 }
6924
6925 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6926                                    unsigned long start_pfn,
6927                                    unsigned long nr_pages,
6928                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6929 {
6930         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6931         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6932         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6933         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6934         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6935         unsigned long start = jiffies;
6936         int nid = pgdat->node_id;
6937
6938         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx != ZONE_DEVICE))
6939                 return;
6940
6941         /*
6942          * The call to memmap_init should have already taken care
6943          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6944          * the end of that region and start processing the device pages.
6945          */
6946         if (altmap) {
6947                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6948                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6949         }
6950
6951         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6952                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6953
6954                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6955
6956                 if (pfns_per_compound == 1)
6957                         continue;
6958
6959                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6960                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6961         }
6962
6963         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6964                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6965 }
6966
6967 #endif
6968 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6969 {
6970         unsigned int order, t;
6971         for_each_migratetype_order(order, t) {
6972                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6973                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6974         }
6975 }
6976
6977 /*
6978  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6979  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6980  * memmap_init_zone_range().
6981  *
6982  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6983  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6984  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6985  *   arbitrary section size
6986  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6987  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6988  *   nicely with memmap sections
6989  *
6990  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6991  * - PG_Reserved is set
6992  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6993  *   hole is in the middle of a zone
6994  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6995  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6996  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6997  *   section that will be appended to the zone/node below.
6998  */
6999 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
7000                                           unsigned long epfn,
7001                                           int zone, int node)
7002 {
7003         unsigned long pfn;
7004         u64 pgcnt = 0;
7005
7006         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7007                 if (!pfn_valid(pageblock_start_pfn(pfn))) {
7008                         pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
7009                         continue;
7010                 }
7011                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
7012                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7013                 pgcnt++;
7014         }
7015
7016         if (pgcnt)
7017                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
7018                         node, zone_names[zone], pgcnt);
7019 }
7020
7021 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
7022                                           unsigned long start_pfn,
7023                                           unsigned long end_pfn,
7024                                           unsigned long *hole_pfn)
7025 {
7026         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
7027         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
7028         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
7029
7030         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7031         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7032
7033         if (start_pfn >= end_pfn)
7034                 return;
7035
7036         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
7037                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
7038
7039         if (*hole_pfn < start_pfn)
7040                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
7041
7042         *hole_pfn = end_pfn;
7043 }
7044
7045 static void __init memmap_init(void)
7046 {
7047         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7048         unsigned long hole_pfn = 0;
7049         int i, j, zone_id = 0, nid;
7050
7051         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7052                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
7053
7054                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7055                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
7056
7057                         if (!populated_zone(zone))
7058                                 continue;
7059
7060                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
7061                                                &hole_pfn);
7062                         zone_id = j;
7063                 }
7064         }
7065
7066 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
7067         /*
7068          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
7069          * section_end].
7070          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
7071          * node.
7072          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
7073          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
7074          * for FLATMEM it is a nop anyway
7075          */
7076         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
7077         if (hole_pfn < end_pfn)
7078 #endif
7079                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
7080 }
7081
7082 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
7083                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
7084 {
7085         void *ptr;
7086
7087         if (exact_nid)
7088                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
7089                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7090                                                    nid);
7091         else
7092                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
7093                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7094                                                  nid);
7095
7096         if (ptr && size > 0)
7097                 page_init_poison(ptr, size);
7098
7099         return ptr;
7100 }
7101
7102 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
7103 {
7104 #ifdef CONFIG_MMU
7105         int batch;
7106
7107         /*
7108          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
7109          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
7110          * size is striking a balance between allocation latency
7111          * and zone lock contention.
7112          */
7113         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
7114         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
7115         if (batch < 1)
7116                 batch = 1;
7117
7118         /*
7119          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
7120          * of 2 value was found to be more likely to have
7121          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
7122          *
7123          * For example if 2 tasks are alternately allocating
7124          * batches of pages, one task can end up with a lot
7125          * of pages of one half of the possible page colors
7126          * and the other with pages of the other colors.
7127          */
7128         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
7129
7130         return batch;
7131
7132 #else
7133         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
7134          * conditions.
7135          *
7136          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
7137          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
7138          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
7139          *
7140          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
7141          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
7142          * can be a significant delay between the individual batches being
7143          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
7144          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
7145          */
7146         return 0;
7147 #endif
7148 }
7149
7150 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
7151 {
7152 #ifdef CONFIG_MMU
7153         int high;
7154         int nr_split_cpus;
7155         unsigned long total_pages;
7156
7157         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
7158                 /*
7159                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
7160                  * low watermark so that if they are full then background
7161                  * reclaim will not be started prematurely.
7162                  */
7163                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
7164         } else {
7165                 /*
7166                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
7167                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
7168                  * zone.
7169                  */
7170                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
7171         }
7172
7173         /*
7174          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
7175          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
7176          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
7177          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
7178          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
7179          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
7180          */
7181         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
7182         if (!nr_split_cpus)
7183                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
7184         high = total_pages / nr_split_cpus;
7185
7186         /*
7187          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
7188          * historical relationship between high and batch.
7189          */
7190         high = max(high, batch << 2);
7191
7192         return high;
7193 #else
7194         return 0;
7195 #endif
7196 }
7197
7198 /*
7199  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
7200  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
7201  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
7202  *
7203  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
7204  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
7205  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
7206  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
7207  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
7208  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
7209  *
7210  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
7211  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7212  * exist).
7213  */
7214 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7215                 unsigned long batch)
7216 {
7217         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7218         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7219 }
7220
7221 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7222 {
7223         int pindex;
7224
7225         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7226         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7227
7228         spin_lock_init(&pcp->lock);
7229         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7230                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7231
7232         /*
7233          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7234          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7235          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7236          * pageset yet.
7237          */
7238         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7239         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7240         pcp->free_factor = 0;
7241 }
7242
7243 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7244                 unsigned long batch)
7245 {
7246         struct per_cpu_pages *pcp;
7247         int cpu;
7248
7249         for_each_possible_cpu(cpu) {
7250                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7251                 pageset_update(pcp, high, batch);
7252         }
7253 }
7254
7255 /*
7256  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7257  * zone based on the zone's size.
7258  */
7259 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7260 {
7261         int new_high, new_batch;
7262
7263         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7264         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7265
7266         if (zone->pageset_high == new_high &&
7267             zone->pageset_batch == new_batch)
7268                 return;
7269
7270         zone->pageset_high = new_high;
7271         zone->pageset_batch = new_batch;
7272
7273         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7274 }
7275
7276 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7277 {
7278         int cpu;
7279
7280         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7281         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7282                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7283
7284         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7285         for_each_possible_cpu(cpu) {
7286                 struct per_cpu_pages *pcp;
7287                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7288
7289                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7290                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7291                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7292         }
7293
7294         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7295 }
7296
7297 /*
7298  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7299  * page high values need to be recalculated.
7300  */
7301 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
7302 {
7303         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7304         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
7305         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7306 }
7307
7308 /*
7309  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7310  * Before this call only boot pagesets were available.
7311  */
7312 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7313 {
7314         struct pglist_data *pgdat;
7315         struct zone *zone;
7316         int __maybe_unused cpu;
7317
7318         for_each_populated_zone(zone)
7319                 setup_zone_pageset(zone);
7320
7321 #ifdef CONFIG_NUMA
7322         /*
7323          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7324          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7325          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7326          * the nodes these zones are associated with.
7327          */
7328         for_each_possible_cpu(cpu) {
7329                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7330                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7331                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7332         }
7333 #endif
7334
7335         for_each_online_pgdat(pgdat)
7336                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7337                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7338 }
7339
7340 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7341 {
7342         /*
7343          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7344          * relies on the ability of the linker to provide the
7345          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7346          */
7347         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7348         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7349         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7350         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7351
7352         if (populated_zone(zone))
7353                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7354                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7355 }
7356
7357 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7358                                         unsigned long zone_start_pfn,
7359                                         unsigned long size)
7360 {
7361         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7362         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7363
7364         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7365                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7366
7367         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7368
7369         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7370                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7371                         pgdat->node_id,
7372                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7373                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7374
7375         zone_init_free_lists(zone);
7376         zone->initialized = 1;
7377 }
7378
7379 /**
7380  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7381  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7382  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7383  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7384  *
7385  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7386  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7387  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7388  * PFNs will be 0.
7389  */
7390 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7391                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7392 {
7393         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7394         int i;
7395
7396         *start_pfn = -1UL;
7397         *end_pfn = 0;
7398
7399         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7400                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7401                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7402         }
7403
7404         if (*start_pfn == -1UL)
7405                 *start_pfn = 0;
7406 }
7407
7408 /*
7409  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7410  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7411  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7412  */
7413 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7414 {
7415         int zone_index;
7416         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7417                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7418                         continue;
7419
7420                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7421                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7422                         break;
7423         }
7424
7425         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7426         movable_zone = zone_index;
7427 }
7428
7429 /*
7430  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7431  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7432  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7433  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7434  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7435  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7436  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7437  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7438  */
7439 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7440                                         unsigned long zone_type,
7441                                         unsigned long node_start_pfn,
7442                                         unsigned long node_end_pfn,
7443                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7444                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7445 {
7446         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7447         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7448                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7449                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7450                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7451                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7452                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7453
7454                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7455                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7456                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7457                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7458                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7459
7460                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7461                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7462                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7463         }
7464 }
7465
7466 /*
7467  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7468  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7469  */
7470 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7471                                         unsigned long zone_type,
7472                                         unsigned long node_start_pfn,
7473                                         unsigned long node_end_pfn,
7474                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7475                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7476 {
7477         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7478         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7479         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7480         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7481                 return 0;
7482
7483         /* Get the start and end of the zone */
7484         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7485         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7486         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7487                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7488                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7489
7490         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7491         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7492                 return 0;
7493
7494         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7495         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7496         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7497
7498         /* Return the spanned pages */
7499         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7500 }
7501
7502 /*
7503  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7504  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7505  */
7506 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7507                                 unsigned long range_start_pfn,
7508                                 unsigned long range_end_pfn)
7509 {
7510         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7511         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7512         int i;
7513
7514         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7515                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7516                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7517                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7518         }
7519         return nr_absent;
7520 }
7521
7522 /**
7523  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7524  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7525  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7526  *
7527  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7528  */
7529 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7530                                                         unsigned long end_pfn)
7531 {
7532         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7533 }
7534
7535 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7536 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7537                                         unsigned long zone_type,
7538                                         unsigned long node_start_pfn,
7539                                         unsigned long node_end_pfn)
7540 {
7541         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7542         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7543         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7544         unsigned long nr_absent;
7545
7546         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7547         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7548                 return 0;
7549
7550         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7551         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7552
7553         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7554                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7555                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7556         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7557
7558         /*
7559          * ZONE_MOVABLE handling.
7560          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7561          * and vice versa.
7562          */
7563         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7564                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7565                 struct memblock_region *r;
7566
7567                 for_each_mem_region(r) {
7568                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7569                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7570                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7571                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7572
7573                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7574                             memblock_is_mirror(r))
7575                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7576
7577                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7578                             !memblock_is_mirror(r))
7579                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7580                 }
7581         }
7582
7583         return nr_absent;
7584 }
7585
7586 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7587                                                 unsigned long node_start_pfn,
7588                                                 unsigned long node_end_pfn)
7589 {
7590         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7591         enum zone_type i;
7592
7593         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7594                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7595                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7596                 unsigned long spanned, absent;
7597                 unsigned long size, real_size;
7598
7599                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7600                                                      node_start_pfn,
7601                                                      node_end_pfn,
7602                                                      &zone_start_pfn,
7603                                                      &zone_end_pfn);
7604                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7605                                                    node_start_pfn,
7606                                                    node_end_pfn);
7607
7608                 size = spanned;
7609                 real_size = size - absent;
7610
7611                 if (size)
7612                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7613                 else
7614                         zone->zone_start_pfn = 0;
7615                 zone->spanned_pages = size;
7616                 zone->present_pages = real_size;
7617 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7618                 zone->present_early_pages = real_size;
7619 #endif
7620
7621                 totalpages += size;
7622                 realtotalpages += real_size;
7623         }
7624
7625         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7626         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7627         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7628 }
7629
7630 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7631 /*
7632  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7633  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7634  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7635  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7636  * bytes.
7637  */
7638 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7639 {
7640         unsigned long usemapsize;
7641
7642         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7643         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7644         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7645         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7646         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7647
7648         return usemapsize / 8;
7649 }
7650
7651 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7652 {
7653         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7654                                                zone->spanned_pages);
7655         zone->pageblock_flags = NULL;
7656         if (usemapsize) {
7657                 zone->pageblock_flags =
7658                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7659                                             zone_to_nid(zone));
7660                 if (!zone->pageblock_flags)
7661                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7662                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7663         }
7664 }
7665 #else
7666 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7667 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7668
7669 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7670
7671 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7672 void __init set_pageblock_order(void)
7673 {
7674         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7675
7676         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7677         if (pageblock_order)
7678                 return;
7679
7680         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7681         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7682                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7683
7684         /*
7685          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7686          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7687          * powerpc.
7688          */
7689         pageblock_order = order;
7690 }
7691 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7692
7693 /*
7694  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7695  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7696  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7697  * the kernel config
7698  */
7699 void __init set_pageblock_order(void)
7700 {
7701 }
7702
7703 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7704
7705 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7706                                                 unsigned long present_pages)
7707 {
7708         unsigned long pages = spanned_pages;
7709
7710         /*
7711          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7712          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7713          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7714          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7715          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7716          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7717          */
7718         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7719             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7720                 pages = present_pages;
7721
7722         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7723 }
7724
7725 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7726 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7727 {
7728         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7729
7730         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7731         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7732         ds_queue->split_queue_len = 0;
7733 }
7734 #else
7735 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7736 #endif
7737
7738 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7739 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7740 {
7741         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7742 }
7743 #else
7744 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7745 #endif
7746
7747 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7748 {
7749         int i;
7750
7751         pgdat_resize_init(pgdat);
7752         pgdat_kswapd_lock_init(pgdat);
7753
7754         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7755         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7756
7757         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7758         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7759
7760         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7761                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7762
7763         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7764         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7765 }
7766
7767 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7768                                                         unsigned long remaining_pages)
7769 {
7770         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7771         zone_set_nid(zone, nid);
7772         zone->name = zone_names[idx];
7773         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7774         spin_lock_init(&zone->lock);
7775         zone_seqlock_init(zone);
7776         zone_pcp_init(zone);
7777 }
7778
7779 /*
7780  * Set up the zone data structures
7781  * - init pgdat internals
7782  * - init all zones belonging to this node
7783  *
7784  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7785  */
7786 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7787 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7788 {
7789         int nid = pgdat->node_id;
7790         enum zone_type z;
7791         int cpu;
7792
7793         pgdat_init_internals(pgdat);
7794
7795         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7796                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7797
7798         /*
7799          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7800          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7801          * when it starts in the near future.
7802          */
7803         pgdat->nr_zones = 0;
7804         pgdat->kswapd_order = 0;
7805         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7806         pgdat->node_start_pfn = 0;
7807         for_each_online_cpu(cpu) {
7808                 struct per_cpu_nodestat *p;
7809
7810                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7811                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7812         }
7813
7814         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7815                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7816 }
7817 #endif
7818
7819 /*
7820  * Set up the zone data structures:
7821  *   - mark all pages reserved
7822  *   - mark all memory queues empty
7823  *   - clear the memory bitmaps
7824  *
7825  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7826  * NOTE: this function is only called during early init.
7827  */
7828 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7829 {
7830         enum zone_type j;
7831         int nid = pgdat->node_id;
7832
7833         pgdat_init_internals(pgdat);
7834         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7835
7836         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7837                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7838                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7839
7840                 size = zone->spanned_pages;
7841                 freesize = zone->present_pages;
7842
7843                 /*
7844                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7845                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7846                  * and per-cpu initialisations
7847                  */
7848                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7849                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7850                         if (freesize >= memmap_pages) {
7851                                 freesize -= memmap_pages;
7852                                 if (memmap_pages)
7853                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7854                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7855                         } else
7856                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7857                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7858                 }
7859
7860                 /* Account for reserved pages */
7861                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7862                         freesize -= dma_reserve;
7863                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7864                 }
7865
7866                 if (!is_highmem_idx(j))
7867                         nr_kernel_pages += freesize;
7868                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7869                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7870                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7871                 nr_all_pages += freesize;
7872
7873                 /*
7874                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7875                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7876                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7877                  */
7878                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7879
7880                 if (!size)
7881                         continue;
7882
7883                 set_pageblock_order();
7884                 setup_usemap(zone);
7885                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7886         }
7887 }
7888
7889 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7890 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7891 {
7892         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7893         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7894
7895         /* Skip empty nodes */
7896         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7897                 return;
7898
7899         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7900         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7901         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7902         if (!pgdat->node_mem_map) {
7903                 unsigned long size, end;
7904                 struct page *map;
7905
7906                 /*
7907                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7908                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7909                  * for the buddy allocator to function correctly.
7910                  */
7911                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7912                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7913                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7914                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7915                                    pgdat->node_id, false);
7916                 if (!map)
7917                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7918                               size, pgdat->node_id);
7919                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7920         }
7921         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7922                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7923                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7924 #ifndef CONFIG_NUMA
7925         /*
7926          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7927          */
7928         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7929                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7930                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7931                         mem_map -= offset;
7932         }
7933 #endif
7934 }
7935 #else
7936 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7937 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7938
7939 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7940 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7941 {
7942         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7943 }
7944 #else
7945 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7946 #endif
7947
7948 static void __init free_area_init_node(int nid)
7949 {
7950         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7951         unsigned long start_pfn = 0;
7952         unsigned long end_pfn = 0;
7953
7954         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7955         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7956
7957         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7958
7959         pgdat->node_id = nid;
7960         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7961         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7962
7963         if (start_pfn != end_pfn) {
7964                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7965                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7966                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7967         } else {
7968                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7969         }
7970
7971         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7972
7973         alloc_node_mem_map(pgdat);
7974         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7975
7976         free_area_init_core(pgdat);
7977         lru_gen_init_pgdat(pgdat);
7978 }
7979
7980 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7981 {
7982         free_area_init_node(nid);
7983 }
7984
7985 #if MAX_NUMNODES > 1
7986 /*
7987  * Figure out the number of possible node ids.
7988  */
7989 void __init setup_nr_node_ids(void)
7990 {
7991         unsigned int highest;
7992
7993         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7994         nr_node_ids = highest + 1;
7995 }
7996 #endif
7997
7998 /**
7999  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
8000  *
8001  * This function should be called after node map is populated and sorted.
8002  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
8003  * all the nodes.
8004  *
8005  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
8006  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
8007  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
8008  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
8009  *
8010  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
8011  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
8012  * populated node map.
8013  *
8014  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
8015  * requirement (single node).
8016  */
8017 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
8018 {
8019         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
8020         unsigned long start, end, mask;
8021         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
8022         int i, nid;
8023
8024         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
8025                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
8026                         last_nid = nid;
8027                         last_end = end;
8028                         continue;
8029                 }
8030
8031                 /*
8032                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
8033                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
8034                  * too coarse to separate the current node from the last.
8035                  */
8036                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
8037                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
8038                         mask <<= 1;
8039
8040                 /* accumulate all internode masks */
8041                 accl_mask |= mask;
8042         }
8043
8044         /* convert mask to number of pages */
8045         return ~accl_mask + 1;
8046 }
8047
8048 /*
8049  * early_calculate_totalpages()
8050  * Sum pages in active regions for movable zone.
8051  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
8052  */
8053 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
8054 {
8055         unsigned long totalpages = 0;
8056         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8057         int i, nid;
8058
8059         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8060                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
8061
8062                 totalpages += pages;
8063                 if (pages)
8064                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8065         }
8066         return totalpages;
8067 }
8068
8069 /*
8070  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
8071  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
8072  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
8073  * others
8074  */
8075 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
8076 {
8077         int i, nid;
8078         unsigned long usable_startpfn;
8079         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
8080         /* save the state before borrow the nodemask */
8081         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
8082         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
8083         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
8084         struct memblock_region *r;
8085
8086         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
8087         find_usable_zone_for_movable();
8088
8089         /*
8090          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
8091          * options.
8092          */
8093         if (movable_node_is_enabled()) {
8094                 for_each_mem_region(r) {
8095                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
8096                                 continue;
8097
8098                         nid = memblock_get_region_node(r);
8099
8100                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
8101                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8102                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8103                                 usable_startpfn;
8104                 }
8105
8106                 goto out2;
8107         }
8108
8109         /*
8110          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
8111          */
8112         if (mirrored_kernelcore) {
8113                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
8114
8115                 for_each_mem_region(r) {
8116                         if (memblock_is_mirror(r))
8117                                 continue;
8118
8119                         nid = memblock_get_region_node(r);
8120
8121                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
8122
8123                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
8124                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
8125                                 continue;
8126                         }
8127
8128                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8129                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8130                                 usable_startpfn;
8131                 }
8132
8133                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
8134                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
8135
8136                 goto out2;
8137         }
8138
8139         /*
8140          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
8141          * amount of necessary memory.
8142          */
8143         if (required_kernelcore_percent)
8144                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
8145                                        10000UL;
8146         if (required_movablecore_percent)
8147                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
8148                                         10000UL;
8149
8150         /*
8151          * If movablecore= was specified, calculate what size of
8152          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
8153          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
8154          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
8155          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
8156          * what movablecore would have allowed.
8157          */
8158         if (required_movablecore) {
8159                 unsigned long corepages;
8160
8161                 /*
8162                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
8163                  * was requested by the user
8164                  */
8165                 required_movablecore =
8166                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8167                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
8168                 corepages = totalpages - required_movablecore;
8169
8170                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
8171         }
8172
8173         /*
8174          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
8175          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
8176          */
8177         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
8178                 goto out;
8179
8180         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
8181         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
8182
8183 restart:
8184         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
8185         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8186         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
8187                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8188
8189                 /*
8190                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
8191                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
8192                  * amount of memory for the kernel
8193                  */
8194                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
8195                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8196
8197                 /*
8198                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
8199                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
8200                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
8201                  */
8202                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
8203
8204                 /* Go through each range of PFNs within this node */
8205                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
8206                         unsigned long size_pages;
8207
8208                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
8209                         if (start_pfn >= end_pfn)
8210                                 continue;
8211
8212                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
8213                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
8214                                 unsigned long kernel_pages;
8215                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8216                                                                 - start_pfn;
8217
8218                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8219                                                         kernelcore_remaining);
8220                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8221                                                         required_kernelcore);
8222
8223                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8224                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8225
8226                                         /*
8227                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8228                                          * that if we have to rebalance
8229                                          * kernelcore across nodes, we will
8230                                          * not double account here
8231                                          */
8232                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8233                                         continue;
8234                                 }
8235                                 start_pfn = usable_startpfn;
8236                         }
8237
8238                         /*
8239                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8240                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8241                          * number of pages used as kernelcore
8242                          */
8243                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8244                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8245                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8246                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8247
8248                         /*
8249                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8250                          * break if the kernelcore for this node has been
8251                          * satisfied
8252                          */
8253                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8254                                                                 size_pages);
8255                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8256                         if (!kernelcore_remaining)
8257                                 break;
8258                 }
8259         }
8260
8261         /*
8262          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8263          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8264          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8265          * satisfied
8266          */
8267         usable_nodes--;
8268         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8269                 goto restart;
8270
8271 out2:
8272         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8273         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8274                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8275
8276                 zone_movable_pfn[nid] =
8277                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8278
8279                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8280                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8281                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8282         }
8283
8284 out:
8285         /* restore the node_state */
8286         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8287 }
8288
8289 /* Any regular or high memory on that node ? */
8290 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8291 {
8292         enum zone_type zone_type;
8293
8294         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8295                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8296                 if (populated_zone(zone)) {
8297                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8298                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8299                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8300                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8301                         break;
8302                 }
8303         }
8304 }
8305
8306 /*
8307  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8308  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8309  */
8310 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8311 {
8312         return false;
8313 }
8314
8315 /**
8316  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8317  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8318  *
8319  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8320  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8321  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8322  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8323  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8324  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8325  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8326  * at arch_max_dma_pfn.
8327  */
8328 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8329 {
8330         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8331         int i, nid, zone;
8332         bool descending;
8333
8334         /* Record where the zone boundaries are */
8335         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8336                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8337         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8338                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8339
8340         start_pfn = PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
8341         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8342
8343         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8344                 if (descending)
8345                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8346                 else
8347                         zone = i;
8348
8349                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8350                         continue;
8351
8352                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8353                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8354                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8355
8356                 start_pfn = end_pfn;
8357         }
8358
8359         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8360         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8361         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8362
8363         /* Print out the zone ranges */
8364         pr_info("Zone ranges:\n");
8365         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8366                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8367                         continue;
8368                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8369                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8370                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8371                         pr_cont("empty\n");
8372                 else
8373                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8374                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8375                                         << PAGE_SHIFT,
8376                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8377                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8378         }
8379
8380         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8381         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8382         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8383                 if (zone_movable_pfn[i])
8384                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8385                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8386         }
8387
8388         /*
8389          * Print out the early node map, and initialize the
8390          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8391          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8392          */
8393         pr_info("Early memory node ranges\n");
8394         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8395                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8396                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8397                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8398                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8399         }
8400
8401         /* Initialise every node */
8402         mminit_verify_pageflags_layout();
8403         setup_nr_node_ids();
8404         for_each_node(nid) {
8405                 pg_data_t *pgdat;
8406
8407                 if (!node_online(nid)) {
8408                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8409
8410                         /* Allocator not initialized yet */
8411                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8412                         if (!pgdat)
8413                                 panic("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8414                                        sizeof(*pgdat), nid);
8415                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8416                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8417
8418                         /*
8419                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8420                          * files/directories for node without any memory
8421                          * attached to it, so this node is not marked as
8422                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8423                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8424                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8425                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8426                          * this node.
8427                          */
8428                         continue;
8429                 }
8430
8431                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8432                 free_area_init_node(nid);
8433
8434                 /* Any memory on that node */
8435                 if (pgdat->node_present_pages)
8436                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8437                 check_for_memory(pgdat, nid);
8438         }
8439
8440         memmap_init();
8441 }
8442
8443 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8444                                      unsigned long *percent)
8445 {
8446         unsigned long long coremem;
8447         char *endptr;
8448
8449         if (!p)
8450                 return -EINVAL;
8451
8452         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8453         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8454         if (*endptr == '%') {
8455                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8456                 WARN_ON(coremem > 100);
8457
8458                 *percent = coremem;
8459         } else {
8460                 coremem = memparse(p, &p);
8461                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8462                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8463
8464                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8465                 *percent = 0UL;
8466         }
8467         return 0;
8468 }
8469
8470 /*
8471  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8472  * cannot be reclaimed or migrated.
8473  */
8474 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8475 {
8476         /* parse kernelcore=mirror */
8477         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8478                 mirrored_kernelcore = true;
8479                 return 0;
8480         }
8481
8482         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8483                                   &required_kernelcore_percent);
8484 }
8485
8486 /*
8487  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8488  * can be reclaimed or migrated.
8489  */
8490 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8491 {
8492         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8493                                   &required_movablecore_percent);
8494 }
8495
8496 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8497 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8498
8499 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8500 {
8501         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8502         totalram_pages_add(count);
8503 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8504         if (PageHighMem(page))
8505                 totalhigh_pages_add(count);
8506 #endif
8507 }
8508 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8509
8510 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8511 {
8512         void *pos;
8513         unsigned long pages = 0;
8514
8515         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8516         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8517         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8518                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8519                 void *direct_map_addr;
8520
8521                 /*
8522                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8523                  * because some architectures' virt_to_page()
8524                  * work with aliases.  Getting the direct map
8525                  * address ensures that we get a _writeable_
8526                  * alias for the memset().
8527                  */
8528                 direct_map_addr = page_address(page);
8529                 /*
8530                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8531                  * has not been initialized.
8532                  */
8533                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8534                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8535                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8536
8537                 free_reserved_page(page);
8538         }
8539
8540         if (pages && s)
8541                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8542
8543         return pages;
8544 }
8545
8546 void __init mem_init_print_info(void)
8547 {
8548         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8549         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8550
8551         physpages = get_num_physpages();
8552         codesize = _etext - _stext;
8553         datasize = _edata - _sdata;
8554         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8555         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8556         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8557         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8558
8559         /*
8560          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8561          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8562          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8563          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8564          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8565          */
8566 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8567         do { \
8568                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8569                         size -= adj; \
8570         } while (0)
8571
8572         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8573                      _sinittext, init_code_size);
8574         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8575         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8576         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8577         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8578
8579 #undef  adj_init_size
8580
8581         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8582 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8583                 ", %luK highmem"
8584 #endif
8585                 ")\n",
8586                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8587                 codesize / SZ_1K, datasize / SZ_1K, rosize / SZ_1K,
8588                 (init_data_size + init_code_size) / SZ_1K, bss_size / SZ_1K,
8589                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8590                 K(totalcma_pages)
8591 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8592                 , K(totalhigh_pages())
8593 #endif
8594                 );
8595 }
8596
8597 /**
8598  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8599  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8600  *
8601  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8602  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8603  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8604  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8605  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8606  * smaller per-cpu batchsize.
8607  */
8608 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8609 {
8610         dma_reserve = new_dma_reserve;
8611 }
8612
8613 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8614 {
8615         struct zone *zone;
8616
8617         lru_add_drain_cpu(cpu);
8618         mlock_drain_remote(cpu);
8619         drain_pages(cpu);
8620
8621         /*
8622          * Spill the event counters of the dead processor
8623          * into the current processors event counters.
8624          * This artificially elevates the count of the current
8625          * processor.
8626          */
8627         vm_events_fold_cpu(cpu);
8628
8629         /*
8630          * Zero the differential counters of the dead processor
8631          * so that the vm statistics are consistent.
8632          *
8633          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8634          * race with what we are doing.
8635          */
8636         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8637
8638         for_each_populated_zone(zone)
8639                 zone_pcp_update(zone, 0);
8640
8641         return 0;
8642 }
8643
8644 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8645 {
8646         struct zone *zone;
8647
8648         for_each_populated_zone(zone)
8649                 zone_pcp_update(zone, 1);
8650         return 0;
8651 }
8652
8653 #ifdef CONFIG_NUMA
8654 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8655
8656 static int __init set_hashdist(char *str)
8657 {
8658         if (!str)
8659                 return 0;
8660         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8661         return 1;
8662 }
8663 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8664 #endif
8665
8666 void __init page_alloc_init(void)
8667 {
8668         int ret;
8669
8670 #ifdef CONFIG_NUMA
8671         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8672                 hashdist = 0;
8673 #endif
8674
8675         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8676                                         "mm/page_alloc:pcp",
8677                                         page_alloc_cpu_online,
8678                                         page_alloc_cpu_dead);
8679         WARN_ON(ret < 0);
8680 }
8681
8682 /*
8683  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8684  *      or min_free_kbytes changes.
8685  */
8686 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8687 {
8688         struct pglist_data *pgdat;
8689         unsigned long reserve_pages = 0;
8690         enum zone_type i, j;
8691
8692         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8693
8694                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8695
8696                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8697                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8698                         long max = 0;
8699                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8700
8701                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8702                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8703                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8704                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8705                         }
8706
8707                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8708                         max += high_wmark_pages(zone);
8709
8710                         if (max > managed_pages)
8711                                 max = managed_pages;
8712
8713                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8714
8715                         reserve_pages += max;
8716                 }
8717         }
8718         totalreserve_pages = reserve_pages;
8719 }
8720
8721 /*
8722  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8723  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8724  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8725  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8726  */
8727 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8728 {
8729         struct pglist_data *pgdat;
8730         enum zone_type i, j;
8731
8732         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8733                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8734                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8735                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8736                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8737                         unsigned long managed_pages = 0;
8738
8739                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8740                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8741
8742                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8743
8744                                 if (clear)
8745                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8746                                 else
8747                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8748                         }
8749                 }
8750         }
8751
8752         /* update totalreserve_pages */
8753         calculate_totalreserve_pages();
8754 }
8755
8756 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8757 {
8758         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8759         unsigned long lowmem_pages = 0;
8760         struct zone *zone;
8761         unsigned long flags;
8762
8763         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8764         for_each_zone(zone) {
8765                 if (!is_highmem(zone))
8766                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8767         }
8768
8769         for_each_zone(zone) {
8770                 u64 tmp;
8771
8772                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8773                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8774                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8775                 if (is_highmem(zone)) {
8776                         /*
8777                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8778                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8779                          * value here.
8780                          *
8781                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8782                          * deltas control async page reclaim, and so should
8783                          * not be capped for highmem.
8784                          */
8785                         unsigned long min_pages;
8786
8787                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8788                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8789                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8790                 } else {
8791                         /*
8792                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8793                          * proportionate to the zone's size.
8794                          */
8795                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8796                 }
8797
8798                 /*
8799                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8800                  * scale factor in proportion to available memory, but
8801                  * ensure a minimum size on small systems.
8802                  */
8803                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8804                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8805                                       watermark_scale_factor, 10000));
8806
8807                 zone->watermark_boost = 0;
8808                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8809                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8810                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8811
8812                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8813         }
8814
8815         /* update totalreserve_pages */
8816         calculate_totalreserve_pages();
8817 }
8818
8819 /**
8820  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8821  * or when memory is hot-{added|removed}
8822  *
8823  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8824  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8825  */
8826 void setup_per_zone_wmarks(void)
8827 {
8828         struct zone *zone;
8829         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8830
8831         spin_lock(&lock);
8832         __setup_per_zone_wmarks();
8833         spin_unlock(&lock);
8834
8835         /*
8836          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8837          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8838          */
8839         for_each_zone(zone)
8840                 zone_pcp_update(zone, 0);
8841 }
8842
8843 /*
8844  * Initialise min_free_kbytes.
8845  *
8846  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8847  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8848  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8849  *
8850  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8851  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8852  *
8853  * which yields
8854  *
8855  * 16MB:        512k
8856  * 32MB:        724k
8857  * 64MB:        1024k
8858  * 128MB:       1448k
8859  * 256MB:       2048k
8860  * 512MB:       2896k
8861  * 1024MB:      4096k
8862  * 2048MB:      5792k
8863  * 4096MB:      8192k
8864  * 8192MB:      11584k
8865  * 16384MB:     16384k
8866  */
8867 void calculate_min_free_kbytes(void)
8868 {
8869         unsigned long lowmem_kbytes;
8870         int new_min_free_kbytes;
8871
8872         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8873         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8874
8875         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8876                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8877         else
8878                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8879                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8880
8881 }
8882
8883 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8884 {
8885         calculate_min_free_kbytes();
8886         setup_per_zone_wmarks();
8887         refresh_zone_stat_thresholds();
8888         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8889
8890 #ifdef CONFIG_NUMA
8891         setup_min_unmapped_ratio();
8892         setup_min_slab_ratio();
8893 #endif
8894
8895         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8896
8897         return 0;
8898 }
8899 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8900
8901 /*
8902  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8903  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8904  *      changes.
8905  */
8906 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8907                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8908 {
8909         int rc;
8910
8911         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8912         if (rc)
8913                 return rc;
8914
8915         if (write) {
8916                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8917                 setup_per_zone_wmarks();
8918         }
8919         return 0;
8920 }
8921
8922 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8923                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8924 {
8925         int rc;
8926
8927         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8928         if (rc)
8929                 return rc;
8930
8931         if (write)
8932                 setup_per_zone_wmarks();
8933
8934         return 0;
8935 }
8936
8937 #ifdef CONFIG_NUMA
8938 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8939 {
8940         pg_data_t *pgdat;
8941         struct zone *zone;
8942
8943         for_each_online_pgdat(pgdat)
8944                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8945
8946         for_each_zone(zone)
8947                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8948                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8949 }
8950
8951
8952 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8953                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8954 {
8955         int rc;
8956
8957         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8958         if (rc)
8959                 return rc;
8960
8961         setup_min_unmapped_ratio();
8962
8963         return 0;
8964 }
8965
8966 static void setup_min_slab_ratio(void)
8967 {
8968         pg_data_t *pgdat;
8969         struct zone *zone;
8970
8971         for_each_online_pgdat(pgdat)
8972                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8973
8974         for_each_zone(zone)
8975                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8976                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8977 }
8978
8979 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8980                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8981 {
8982         int rc;
8983
8984         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8985         if (rc)
8986                 return rc;
8987
8988         setup_min_slab_ratio();
8989
8990         return 0;
8991 }
8992 #endif
8993
8994 /*
8995  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8996  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8997  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8998  *
8999  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
9000  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
9001  * if in function of the boot time zone sizes.
9002  */
9003 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
9004                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
9005 {
9006         int i;
9007
9008         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
9009
9010         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
9011                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
9012                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
9013         }
9014
9015         setup_per_zone_lowmem_reserve();
9016         return 0;
9017 }
9018
9019 /*
9020  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
9021  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
9022  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
9023  */
9024 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
9025                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
9026 {
9027         struct zone *zone;
9028         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
9029         int ret;
9030
9031         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9032         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
9033
9034         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
9035         if (!write || ret < 0)
9036                 goto out;
9037
9038         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
9039         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
9040             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
9041                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
9042                 ret = -EINVAL;
9043                 goto out;
9044         }
9045
9046         /* No change? */
9047         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
9048                 goto out;
9049
9050         for_each_populated_zone(zone)
9051                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
9052 out:
9053         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9054         return ret;
9055 }
9056
9057 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
9058 /*
9059  * Returns the number of pages that arch has reserved but
9060  * is not known to alloc_large_system_hash().
9061  */
9062 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
9063 {
9064         return 0;
9065 }
9066 #endif
9067
9068 /*
9069  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
9070  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
9071  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
9072  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
9073  * only doubles, instead of quadrupling as well.
9074  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
9075  * makes sense, it is disabled on such platforms.
9076  */
9077 #if __BITS_PER_LONG > 32
9078 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
9079 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
9080 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
9081 #endif
9082
9083 /*
9084  * allocate a large system hash table from bootmem
9085  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
9086  *   quantity of entries
9087  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
9088  */
9089 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
9090                                      unsigned long bucketsize,
9091                                      unsigned long numentries,
9092                                      int scale,
9093                                      int flags,
9094                                      unsigned int *_hash_shift,
9095                                      unsigned int *_hash_mask,
9096                                      unsigned long low_limit,
9097                                      unsigned long high_limit)
9098 {
9099         unsigned long long max = high_limit;
9100         unsigned long log2qty, size;
9101         void *table;
9102         gfp_t gfp_flags;
9103         bool virt;
9104         bool huge;
9105
9106         /* allow the kernel cmdline to have a say */
9107         if (!numentries) {
9108                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
9109                 numentries = nr_kernel_pages;
9110                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
9111
9112                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
9113                 if (PAGE_SIZE < SZ_1M)
9114                         numentries = round_up(numentries, SZ_1M / PAGE_SIZE);
9115
9116 #if __BITS_PER_LONG > 32
9117                 if (!high_limit) {
9118                         unsigned long adapt;
9119
9120                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
9121                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
9122                                 scale++;
9123                 }
9124 #endif
9125
9126                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
9127                 if (scale > PAGE_SHIFT)
9128                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
9129                 else
9130                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
9131
9132                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
9133                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
9134                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
9135                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
9136                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
9137                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
9138                                 BUG_ON(!numentries);
9139                         }
9140                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
9141                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
9142         }
9143         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
9144
9145         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
9146         if (max == 0) {
9147                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
9148                 do_div(max, bucketsize);
9149         }
9150         max = min(max, 0x80000000ULL);
9151
9152         if (numentries < low_limit)
9153                 numentries = low_limit;
9154         if (numentries > max)
9155                 numentries = max;
9156
9157         log2qty = ilog2(numentries);
9158
9159         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
9160         do {
9161                 virt = false;
9162                 size = bucketsize << log2qty;
9163                 if (flags & HASH_EARLY) {
9164                         if (flags & HASH_ZERO)
9165                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
9166                         else
9167                                 table = memblock_alloc_raw(size,
9168                                                            SMP_CACHE_BYTES);
9169                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
9170                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
9171                         virt = true;
9172                         if (table)
9173                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
9174                 } else {
9175                         /*
9176                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
9177                          * some pages at the end of hash table which
9178                          * alloc_pages_exact() automatically does
9179                          */
9180                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
9181                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
9182                 }
9183         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
9184
9185         if (!table)
9186                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
9187
9188         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
9189                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
9190                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
9191
9192         if (_hash_shift)
9193                 *_hash_shift = log2qty;
9194         if (_hash_mask)
9195                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
9196
9197         return table;
9198 }
9199
9200 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9201 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9202         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9203 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9204 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9205 {
9206         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9207
9208         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9209                 struct page *page;
9210
9211                 dump_stack();
9212                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9213                         dump_page(page, "migration failure");
9214         }
9215 }
9216 #else
9217 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9218 {
9219 }
9220 #endif
9221
9222 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9223 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9224                                         unsigned long start, unsigned long end)
9225 {
9226         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9227         unsigned int nr_reclaimed;
9228         unsigned long pfn = start;
9229         unsigned int tries = 0;
9230         int ret = 0;
9231         struct migration_target_control mtc = {
9232                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9233                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9234         };
9235
9236         lru_cache_disable();
9237
9238         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9239                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9240                         ret = -EINTR;
9241                         break;
9242                 }
9243
9244                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9245                         cc->nr_migratepages = 0;
9246                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9247                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9248                                 break;
9249                         pfn = cc->migrate_pfn;
9250                         tries = 0;
9251                 } else if (++tries == 5) {
9252                         ret = -EBUSY;
9253                         break;
9254                 }
9255
9256                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9257                                                         &cc->migratepages);
9258                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9259
9260                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9261                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9262
9263                 /*
9264                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9265                  * to retry again over this error, so do the same here.
9266                  */
9267                 if (ret == -ENOMEM)
9268                         break;
9269         }
9270
9271         lru_cache_enable();
9272         if (ret < 0) {
9273                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9274                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9275                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9276                 return ret;
9277         }
9278         return 0;
9279 }
9280
9281 /**
9282  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9283  * @start:      start PFN to allocate
9284  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9285  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9286  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9287  *                      in range must have the same migratetype and it must
9288  *                      be either of the two.
9289  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9290  *
9291  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9292  * belong to a single zone.
9293  *
9294  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9295  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9296  * be modified by others.
9297  *
9298  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9299  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9300  * need to be freed with free_contig_range().
9301  */
9302 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9303                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9304 {
9305         unsigned long outer_start, outer_end;
9306         int order;
9307         int ret = 0;
9308
9309         struct compact_control cc = {
9310                 .nr_migratepages = 0,
9311                 .order = -1,
9312                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9313                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9314                 .ignore_skip_hint = true,
9315                 .no_set_skip_hint = true,
9316                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9317                 .alloc_contig = true,
9318         };
9319         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9320
9321         /*
9322          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9323          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9324          * have different sizes, and due to the way page allocator
9325          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9326          *
9327          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9328          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9329          * we are interested in). This will put all the pages in
9330          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9331          *
9332          * When this is done, we take the pages in range from page
9333          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9334          * page allocator will never consider using them.
9335          *
9336          * This lets us mark the pageblocks back as
9337          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9338          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9339          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9340          */
9341
9342         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9343         if (ret)
9344                 goto done;
9345
9346         drain_all_pages(cc.zone);
9347
9348         /*
9349          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9350          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9351          * which will report the busy page.
9352          *
9353          * It is possible that busy pages could become available before
9354          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9355          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9356          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9357          */
9358         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9359         if (ret && ret != -EBUSY)
9360                 goto done;
9361         ret = 0;
9362
9363         /*
9364          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9365          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9366          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9367          * What we are going to do is to allocate all pages from
9368          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9369          *
9370          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9371          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9372          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9373          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9374          * once this is done free the pages we are not interested in.
9375          *
9376          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9377          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9378          */
9379
9380         order = 0;
9381         outer_start = start;
9382         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9383                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9384                         outer_start = start;
9385                         break;
9386                 }
9387                 outer_start &= ~0UL << order;
9388         }
9389
9390         if (outer_start != start) {
9391                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9392
9393                 /*
9394                  * outer_start page could be small order buddy page and
9395                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9396                  * in this case to report failed page properly
9397                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9398                  */
9399                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9400                         outer_start = start;
9401         }
9402
9403         /* Make sure the range is really isolated. */
9404         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9405                 ret = -EBUSY;
9406                 goto done;
9407         }
9408
9409         /* Grab isolated pages from freelists. */
9410         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9411         if (!outer_end) {
9412                 ret = -EBUSY;
9413                 goto done;
9414         }
9415
9416         /* Free head and tail (if any) */
9417         if (start != outer_start)
9418                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9419         if (end != outer_end)
9420                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9421
9422 done:
9423         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9424         return ret;
9425 }
9426 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9427
9428 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9429                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9430 {
9431         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9432
9433         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9434                                   gfp_mask);
9435 }
9436
9437 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9438                                    unsigned long nr_pages)
9439 {
9440         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9441         struct page *page;
9442
9443         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9444                 page = pfn_to_online_page(i);
9445                 if (!page)
9446                         return false;
9447
9448                 if (page_zone(page) != z)
9449                         return false;
9450
9451                 if (PageReserved(page))
9452                         return false;
9453         }
9454         return true;
9455 }
9456
9457 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9458                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9459 {
9460         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9461
9462         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9463 }
9464
9465 /**
9466  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9467  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9468  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9469  * @nid:        Target node
9470  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9471  *
9472  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9473  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9474  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9475  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9476  *
9477  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9478  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9479  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9480  *
9481  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9482  * __free_page() on each allocated page.
9483  *
9484  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9485  */
9486 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9487                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9488 {
9489         unsigned long ret, pfn, flags;
9490         struct zonelist *zonelist;
9491         struct zone *zone;
9492         struct zoneref *z;
9493
9494         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9495         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9496                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9497                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9498
9499                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9500                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9501                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9502                                 /*
9503                                  * We release the zone lock here because
9504                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9505                                  * at some point. If there's an allocation
9506                                  * spinning on this lock, it may win the race
9507                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9508                                  */
9509                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9510                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9511                                                         gfp_mask);
9512                                 if (!ret)
9513                                         return pfn_to_page(pfn);
9514                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9515                         }
9516                         pfn += nr_pages;
9517                 }
9518                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9519         }
9520         return NULL;
9521 }
9522 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9523
9524 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9525 {
9526         unsigned long count = 0;
9527
9528         for (; nr_pages--; pfn++) {
9529                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9530
9531                 count += page_count(page) != 1;
9532                 __free_page(page);
9533         }
9534         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9535 }
9536 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9537
9538 /*
9539  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9540  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9541  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9542  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9543  *
9544  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9545  */
9546 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9547 {
9548         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9549         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9550         __drain_all_pages(zone, true);
9551 }
9552
9553 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9554 {
9555         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9556         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9557 }
9558
9559 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9560 {
9561         int cpu;
9562         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9563
9564         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9565                 for_each_online_cpu(cpu) {
9566                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9567                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9568                 }
9569                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9570                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9571                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
9572                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9573                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9574                 }
9575         }
9576 }
9577
9578 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9579 /*
9580  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9581  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9582  */
9583 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9584 {
9585         unsigned long pfn = start_pfn;
9586         struct page *page;
9587         struct zone *zone;
9588         unsigned int order;
9589         unsigned long flags;
9590
9591         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9592         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9593         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9594         while (pfn < end_pfn) {
9595                 page = pfn_to_page(pfn);
9596                 /*
9597                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9598                  * page_count() is not 0.
9599                  */
9600                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9601                         pfn++;
9602                         continue;
9603                 }
9604                 /*
9605                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9606                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9607                  */
9608                 if (PageOffline(page)) {
9609                         BUG_ON(page_count(page));
9610                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9611                         pfn++;
9612                         continue;
9613                 }
9614
9615                 BUG_ON(page_count(page));
9616                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9617                 order = buddy_order(page);
9618                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9619                 pfn += (1 << order);
9620         }
9621         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9622 }
9623 #endif
9624
9625 /*
9626  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9627  */
9628 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9629 {
9630         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9631         unsigned int order;
9632
9633         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9634                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9635
9636                 if (PageBuddy(page_head) &&
9637                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9638                         break;
9639         }
9640
9641         return order < MAX_ORDER;
9642 }
9643 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9644
9645 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9646 /*
9647  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9648  * buddy allocator.
9649  */
9650 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9651                                    struct page *target, int low, int high,
9652                                    int migratetype)
9653 {
9654         unsigned long size = 1 << high;
9655         struct page *current_buddy, *next_page;
9656
9657         while (high > low) {
9658                 high--;
9659                 size >>= 1;
9660
9661                 if (target >= &page[size]) {
9662                         next_page = page + size;
9663                         current_buddy = page;
9664                 } else {
9665                         next_page = page;
9666                         current_buddy = page + size;
9667                 }
9668
9669                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9670                         continue;
9671
9672                 if (current_buddy != target) {
9673                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9674                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9675                         page = next_page;
9676                 }
9677         }
9678 }
9679
9680 /*
9681  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9682  */
9683 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9684 {
9685         struct zone *zone = page_zone(page);
9686         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9687         unsigned long flags;
9688         unsigned int order;
9689         bool ret = false;
9690
9691         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9692         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9693                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9694                 int page_order = buddy_order(page_head);
9695
9696                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9697                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9698                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9699                                                                    pfn_head);
9700
9701                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9702                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9703                                                 page_order, migratetype);
9704                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9705                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9706                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9707                         ret = true;
9708                         break;
9709                 }
9710                 if (page_count(page_head) > 0)
9711                         break;
9712         }
9713         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9714         return ret;
9715 }
9716
9717 /*
9718  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9719  */
9720 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9721 {
9722         struct zone *zone = page_zone(page);
9723         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9724         unsigned long flags;
9725         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9726         bool ret = false;
9727
9728         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9729         if (put_page_testzero(page)) {
9730                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9731                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9732                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9733                         ret = true;
9734                 }
9735         }
9736         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9737
9738         return ret;
9739 }
9740 #endif
9741
9742 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9743 bool has_managed_dma(void)
9744 {
9745         struct pglist_data *pgdat;
9746
9747         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9748                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9749
9750                 if (managed_zone(zone))
9751                         return true;
9752         }
9753         return false;
9754 }
9755 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */