net/sonic: Prevent tx watchdog timeout
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
85
86 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
87 /*
88  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
89  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
90  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
91  * defined in <linux/topology.h>.
92  */
93 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
94 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
95 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
96 #endif
97
98 /* work_structs for global per-cpu drains */
99 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
100 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
101
102 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
103 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
104 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
105 #endif
106
107 /*
108  * Array of node states.
109  */
110 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
111         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
112         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifndef CONFIG_NUMA
114         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
116         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with system_transition_mutex held
158  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
159  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
160  * with that modification).
161  */
162
163 static gfp_t saved_gfp_mask;
164
165 void pm_restore_gfp_mask(void)
166 {
167         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
168         if (saved_gfp_mask) {
169                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
170                 saved_gfp_mask = 0;
171         }
172 }
173
174 void pm_restrict_gfp_mask(void)
175 {
176         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
177         WARN_ON(saved_gfp_mask);
178         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
179         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
180 }
181
182 bool pm_suspended_storage(void)
183 {
184         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
185                 return false;
186         return true;
187 }
188 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
189
190 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
191 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
192 #endif
193
194 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
195
196 /*
197  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
198  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
199  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
200  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
201  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
202  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
203  *
204  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
205  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
206  */
207 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
209         [ZONE_DMA] = 256,
210 #endif
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
212         [ZONE_DMA32] = 256,
213 #endif
214         [ZONE_NORMAL] = 32,
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
217 #endif
218         [ZONE_MOVABLE] = 0,
219 };
220
221 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
222
223 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
225          "DMA",
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228          "DMA32",
229 #endif
230          "Normal",
231 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
232          "HighMem",
233 #endif
234          "Movable",
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
236          "Device",
237 #endif
238 };
239
240 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
241         "Unmovable",
242         "Movable",
243         "Reclaimable",
244         "HighAtomic",
245 #ifdef CONFIG_CMA
246         "CMA",
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
249         "Isolate",
250 #endif
251 };
252
253 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
254         NULL,
255         free_compound_page,
256 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
257         free_huge_page,
258 #endif
259 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
260         free_transhuge_page,
261 #endif
262 };
263
264 int min_free_kbytes = 1024;
265 int user_min_free_kbytes = -1;
266 int watermark_scale_factor = 10;
267
268 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
269 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
270 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
271
272 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
273 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
276 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
279 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
280 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
281
282 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
283 int movable_zone;
284 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
285 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
286
287 #if MAX_NUMNODES > 1
288 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
289 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
290 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
291 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
292 #endif
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /*
298  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
299  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
300  * and we can permanently disable that path.
301  */
302 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
303
304 /*
305  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
306  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
307  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
308  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
309  *
310  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
311  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
312  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
313  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
314  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
315  * initialization is done, but this is not likely to happen.
316  */
317 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
318 {
319         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
320                 kasan_free_pages(page, order);
321 }
322
323 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
324 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
325 {
326         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
327
328         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
329                 return true;
330
331         return false;
332 }
333
334 /*
335  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
336  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
337  */
338 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
339                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
340                                 unsigned long *nr_initialised)
341 {
342         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
343         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
344                 return true;
345         (*nr_initialised)++;
346         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
347             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
348                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
349                 return false;
350         }
351
352         return true;
353 }
354 #else
355 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
356
357 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
358 {
359         return false;
360 }
361
362 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
363                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
364                                 unsigned long *nr_initialised)
365 {
366         return true;
367 }
368 #endif
369
370 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
371 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
372                                                         unsigned long pfn)
373 {
374 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
375         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
376 #else
377         return page_zone(page)->pageblock_flags;
378 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
379 }
380
381 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
382 {
383 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
384         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
385         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
386 #else
387         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
388         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
389 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
390 }
391
392 /**
393  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
394  * @page: The page within the block of interest
395  * @pfn: The target page frame number
396  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
397  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
398  *
399  * Return: pageblock_bits flags
400  */
401 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
402                                         unsigned long pfn,
403                                         unsigned long end_bitidx,
404                                         unsigned long mask)
405 {
406         unsigned long *bitmap;
407         unsigned long bitidx, word_bitidx;
408         unsigned long word;
409
410         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
411         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
412         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
413         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
414
415         word = bitmap[word_bitidx];
416         bitidx += end_bitidx;
417         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
418 }
419
420 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
421                                         unsigned long end_bitidx,
422                                         unsigned long mask)
423 {
424         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
425 }
426
427 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
428 {
429         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
430 }
431
432 /**
433  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
434  * @page: The page within the block of interest
435  * @flags: The flags to set
436  * @pfn: The target page frame number
437  * @end_bitidx: The last bit of interest
438  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
439  */
440 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
441                                         unsigned long pfn,
442                                         unsigned long end_bitidx,
443                                         unsigned long mask)
444 {
445         unsigned long *bitmap;
446         unsigned long bitidx, word_bitidx;
447         unsigned long old_word, word;
448
449         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
450
451         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
452         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
453         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
454         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
455
456         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
457
458         bitidx += end_bitidx;
459         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
460         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
461
462         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
463         for (;;) {
464                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
465                 if (word == old_word)
466                         break;
467                 word = old_word;
468         }
469 }
470
471 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
472 {
473         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
474                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
475                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
476
477         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
478                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
479 }
480
481 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
482 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
483 {
484         int ret = 0;
485         unsigned seq;
486         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
487         unsigned long sp, start_pfn;
488
489         do {
490                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
491                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
492                 sp = zone->spanned_pages;
493                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
494                         ret = 1;
495         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
496
497         if (ret)
498                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
499                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
500                         start_pfn, start_pfn + sp);
501
502         return ret;
503 }
504
505 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
506 {
507         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
508                 return 0;
509         if (zone != page_zone(page))
510                 return 0;
511
512         return 1;
513 }
514 /*
515  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
516  */
517 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
518 {
519         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
520                 return 1;
521         if (!page_is_consistent(zone, page))
522                 return 1;
523
524         return 0;
525 }
526 #else
527 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
528 {
529         return 0;
530 }
531 #endif
532
533 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
534                 unsigned long bad_flags)
535 {
536         static unsigned long resume;
537         static unsigned long nr_shown;
538         static unsigned long nr_unshown;
539
540         /*
541          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
542          * or allow a steady drip of one report per second.
543          */
544         if (nr_shown == 60) {
545                 if (time_before(jiffies, resume)) {
546                         nr_unshown++;
547                         goto out;
548                 }
549                 if (nr_unshown) {
550                         pr_alert(
551                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
552                                 nr_unshown);
553                         nr_unshown = 0;
554                 }
555                 nr_shown = 0;
556         }
557         if (nr_shown++ == 0)
558                 resume = jiffies + 60 * HZ;
559
560         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
561                 current->comm, page_to_pfn(page));
562         __dump_page(page, reason);
563         bad_flags &= page->flags;
564         if (bad_flags)
565                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
566                                                 bad_flags, &bad_flags);
567         dump_page_owner(page);
568
569         print_modules();
570         dump_stack();
571 out:
572         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
573         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
574         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
575 }
576
577 /*
578  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
579  *
580  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
581  *
582  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
583  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
584  *
585  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
586  * page destructors. See compound_page_dtors.
587  *
588  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
589  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
590  */
591
592 void free_compound_page(struct page *page)
593 {
594         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
595 }
596
597 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
598 {
599         int i;
600         int nr_pages = 1 << order;
601
602         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
603         set_compound_order(page, order);
604         __SetPageHead(page);
605         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
606                 struct page *p = page + i;
607                 set_page_count(p, 0);
608                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
609                 set_compound_head(p, page);
610         }
611         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
612 }
613
614 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
615 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
616 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
617                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
618 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
619 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
620
621 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
622 {
623         if (!buf)
624                 return -EINVAL;
625         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
626 }
627 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
628
629 static bool need_debug_guardpage(void)
630 {
631         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
632         if (!debug_pagealloc_enabled())
633                 return false;
634
635         if (!debug_guardpage_minorder())
636                 return false;
637
638         return true;
639 }
640
641 static void init_debug_guardpage(void)
642 {
643         if (!debug_pagealloc_enabled())
644                 return;
645
646         if (!debug_guardpage_minorder())
647                 return;
648
649         _debug_guardpage_enabled = true;
650 }
651
652 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
653         .need = need_debug_guardpage,
654         .init = init_debug_guardpage,
655 };
656
657 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
658 {
659         unsigned long res;
660
661         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
662                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
663                 return 0;
664         }
665         _debug_guardpage_minorder = res;
666         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
667         return 0;
668 }
669 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
670
671 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return false;
678
679         if (order >= debug_guardpage_minorder())
680                 return false;
681
682         page_ext = lookup_page_ext(page);
683         if (unlikely(!page_ext))
684                 return false;
685
686         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
687
688         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
689         set_page_private(page, order);
690         /* Guard pages are not available for any usage */
691         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
692
693         return true;
694 }
695
696 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
697                                 unsigned int order, int migratetype)
698 {
699         struct page_ext *page_ext;
700
701         if (!debug_guardpage_enabled())
702                 return;
703
704         page_ext = lookup_page_ext(page);
705         if (unlikely(!page_ext))
706                 return;
707
708         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
709
710         set_page_private(page, 0);
711         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
712                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
713 }
714 #else
715 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
716 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
717                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
718 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
719                                 unsigned int order, int migratetype) {}
720 #endif
721
722 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
723 {
724         set_page_private(page, order);
725         __SetPageBuddy(page);
726 }
727
728 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
729 {
730         __ClearPageBuddy(page);
731         set_page_private(page, 0);
732 }
733
734 /*
735  * This function checks whether a page is free && is the buddy
736  * we can coalesce a page and its buddy if
737  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
738  * (b) the buddy is in the buddy system &&
739  * (c) a page and its buddy have the same order &&
740  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
741  *
742  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
743  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
744  *
745  * For recording page's order, we use page_private(page).
746  */
747 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
748                                                         unsigned int order)
749 {
750         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
751                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
752                         return 0;
753
754                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
755
756                 return 1;
757         }
758
759         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
760                 /*
761                  * zone check is done late to avoid uselessly
762                  * calculating zone/node ids for pages that could
763                  * never merge.
764                  */
765                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
766                         return 0;
767
768                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
769
770                 return 1;
771         }
772         return 0;
773 }
774
775 /*
776  * Freeing function for a buddy system allocator.
777  *
778  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
779  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
780  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
781  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
782  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
783  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
784  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
785  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
786  * parts of the VM system.
787  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
788  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
789  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
790  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
791  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
792  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
793  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
794  * triggers coalescing into a block of larger size.
795  *
796  * -- nyc
797  */
798
799 static inline void __free_one_page(struct page *page,
800                 unsigned long pfn,
801                 struct zone *zone, unsigned int order,
802                 int migratetype)
803 {
804         unsigned long combined_pfn;
805         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
806         struct page *buddy;
807         unsigned int max_order;
808
809         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
810
811         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
812         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
813
814         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
815         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
816                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
817
818         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
819         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
820
821 continue_merging:
822         while (order < max_order - 1) {
823                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
824                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
825
826                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
827                         goto done_merging;
828                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
829                         goto done_merging;
830                 /*
831                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
832                  * merge with it and move up one order.
833                  */
834                 if (page_is_guard(buddy)) {
835                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
836                 } else {
837                         list_del(&buddy->lru);
838                         zone->free_area[order].nr_free--;
839                         rmv_page_order(buddy);
840                 }
841                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
842                 page = page + (combined_pfn - pfn);
843                 pfn = combined_pfn;
844                 order++;
845         }
846         if (max_order < MAX_ORDER) {
847                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
848                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
849                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
850                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
851                  *
852                  * We don't want to hit this code for the more frequent
853                  * low-order merging.
854                  */
855                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
856                         int buddy_mt;
857
858                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
859                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
860                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
861
862                         if (migratetype != buddy_mt
863                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
864                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
865                                 goto done_merging;
866                 }
867                 max_order++;
868                 goto continue_merging;
869         }
870
871 done_merging:
872         set_page_order(page, order);
873
874         /*
875          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
876          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
877          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
878          * that is happening, add the free page to the tail of the list
879          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
880          * as a higher order page
881          */
882         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
883                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
884                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
885                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
886                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
887                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
888                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
889                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
890                         list_add_tail(&page->lru,
891                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
892                         goto out;
893                 }
894         }
895
896         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
897 out:
898         zone->free_area[order].nr_free++;
899 }
900
901 /*
902  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
903  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
904  * check if necessary.
905  */
906 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
907                                         unsigned long check_flags)
908 {
909         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
910                 return false;
911
912         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
913                         page_ref_count(page) |
914 #ifdef CONFIG_MEMCG
915                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
916 #endif
917                         (page->flags & check_flags)))
918                 return false;
919
920         return true;
921 }
922
923 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
924 {
925         const char *bad_reason;
926         unsigned long bad_flags;
927
928         bad_reason = NULL;
929         bad_flags = 0;
930
931         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
932                 bad_reason = "nonzero mapcount";
933         if (unlikely(page->mapping != NULL))
934                 bad_reason = "non-NULL mapping";
935         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
936                 bad_reason = "nonzero _refcount";
937         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
938                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
939                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
940         }
941 #ifdef CONFIG_MEMCG
942         if (unlikely(page->mem_cgroup))
943                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
944 #endif
945         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
946 }
947
948 static inline int free_pages_check(struct page *page)
949 {
950         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
951                 return 0;
952
953         /* Something has gone sideways, find it */
954         free_pages_check_bad(page);
955         return 1;
956 }
957
958 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
959 {
960         int ret = 1;
961
962         /*
963          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
964          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
965          */
966         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
967
968         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
969                 ret = 0;
970                 goto out;
971         }
972         switch (page - head_page) {
973         case 1:
974                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
975                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
976                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
977                         goto out;
978                 }
979                 break;
980         case 2:
981                 /*
982                  * the second tail page: ->mapping is
983                  * deferred_list.next -- ignore value.
984                  */
985                 break;
986         default:
987                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
988                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
989                         goto out;
990                 }
991                 break;
992         }
993         if (unlikely(!PageTail(page))) {
994                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
995                 goto out;
996         }
997         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
998                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
999                 goto out;
1000         }
1001         ret = 0;
1002 out:
1003         page->mapping = NULL;
1004         clear_compound_head(page);
1005         return ret;
1006 }
1007
1008 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1009                                         unsigned int order, bool check_free)
1010 {
1011         int bad = 0;
1012
1013         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1014
1015         trace_mm_page_free(page, order);
1016
1017         /*
1018          * Check tail pages before head page information is cleared to
1019          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1020          */
1021         if (unlikely(order)) {
1022                 bool compound = PageCompound(page);
1023                 int i;
1024
1025                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1026
1027                 if (compound)
1028                         ClearPageDoubleMap(page);
1029                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1030                         if (compound)
1031                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1032                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1033                                 bad++;
1034                                 continue;
1035                         }
1036                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1037                 }
1038         }
1039         if (PageMappingFlags(page))
1040                 page->mapping = NULL;
1041         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1042                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1043         if (check_free)
1044                 bad += free_pages_check(page);
1045         if (bad)
1046                 return false;
1047
1048         page_cpupid_reset_last(page);
1049         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1050         reset_page_owner(page, order);
1051
1052         if (!PageHighMem(page)) {
1053                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1054                                            PAGE_SIZE << order);
1055                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1056                                            PAGE_SIZE << order);
1057         }
1058         arch_free_page(page, order);
1059         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1060         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1061         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1062
1063         return true;
1064 }
1065
1066 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1067 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1070 }
1071
1072 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return false;
1075 }
1076 #else
1077 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1078 {
1079         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1080 }
1081
1082 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1083 {
1084         return free_pages_check(page);
1085 }
1086 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1087
1088 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1089 {
1090         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1091         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1092         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1093
1094         prefetch(buddy);
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Frees a number of pages from the PCP lists
1099  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1100  * count is the number of pages to free.
1101  *
1102  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1103  * see if this freeing clears that state.
1104  *
1105  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1106  * pinned" detection logic.
1107  */
1108 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1109                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1110 {
1111         int migratetype = 0;
1112         int batch_free = 0;
1113         int prefetch_nr = 0;
1114         bool isolated_pageblocks;
1115         struct page *page, *tmp;
1116         LIST_HEAD(head);
1117
1118         while (count) {
1119                 struct list_head *list;
1120
1121                 /*
1122                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1123                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1124                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1125                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1126                  * lists
1127                  */
1128                 do {
1129                         batch_free++;
1130                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1131                                 migratetype = 0;
1132                         list = &pcp->lists[migratetype];
1133                 } while (list_empty(list));
1134
1135                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1136                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1137                         batch_free = count;
1138
1139                 do {
1140                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1141                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1142                         list_del(&page->lru);
1143                         pcp->count--;
1144
1145                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1146                                 continue;
1147
1148                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1149
1150                         /*
1151                          * We are going to put the page back to the global
1152                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1153                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1154                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1155                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1156                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1157                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1158                          */
1159                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1160                                 prefetch_buddy(page);
1161                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1162         }
1163
1164         spin_lock(&zone->lock);
1165         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1166
1167         /*
1168          * Use safe version since after __free_one_page(),
1169          * page->lru.next will not point to original list.
1170          */
1171         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1172                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1173                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1174                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1175                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1176                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1177                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1178
1179                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1180                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1181         }
1182         spin_unlock(&zone->lock);
1183 }
1184
1185 static void free_one_page(struct zone *zone,
1186                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1187                                 unsigned int order,
1188                                 int migratetype)
1189 {
1190         spin_lock(&zone->lock);
1191         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1192                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1193                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1194         }
1195         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1196         spin_unlock(&zone->lock);
1197 }
1198
1199 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1200                                 unsigned long zone, int nid)
1201 {
1202         mm_zero_struct_page(page);
1203         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1204         init_page_count(page);
1205         page_mapcount_reset(page);
1206         page_cpupid_reset_last(page);
1207
1208         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1209 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1210         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1211         if (!is_highmem_idx(zone))
1212                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1213 #endif
1214 }
1215
1216 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1217 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1218 {
1219         pg_data_t *pgdat;
1220         int nid, zid;
1221
1222         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1223                 return;
1224
1225         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1226         pgdat = NODE_DATA(nid);
1227
1228         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1229                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1230
1231                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1232                         break;
1233         }
1234         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1235 }
1236 #else
1237 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1238 {
1239 }
1240 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1241
1242 /*
1243  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1244  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1245  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1246  * sent to the buddy page allocator.
1247  */
1248 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1249 {
1250         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1251         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1252
1253         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1254                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1255                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1256
1257                         init_reserved_page(start_pfn);
1258
1259                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1260                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1261
1262                         SetPageReserved(page);
1263                 }
1264         }
1265 }
1266
1267 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1268 {
1269         unsigned long flags;
1270         int migratetype;
1271         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1272
1273         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1274                 return;
1275
1276         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1277         local_irq_save(flags);
1278         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1279         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1280         local_irq_restore(flags);
1281 }
1282
1283 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1284 {
1285         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1286         struct page *p = page;
1287         unsigned int loop;
1288
1289         prefetchw(p);
1290         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1291                 prefetchw(p + 1);
1292                 __ClearPageReserved(p);
1293                 set_page_count(p, 0);
1294         }
1295         __ClearPageReserved(p);
1296         set_page_count(p, 0);
1297
1298         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1299         set_page_refcounted(page);
1300         __free_pages(page, order);
1301 }
1302
1303 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1304         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1305
1306 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1307
1308 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1309 {
1310         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1311         int nid;
1312
1313         spin_lock(&early_pfn_lock);
1314         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1315         if (nid < 0)
1316                 nid = first_online_node;
1317         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1318
1319         return nid;
1320 }
1321 #endif
1322
1323 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1324 static inline bool __meminit __maybe_unused
1325 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1326                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1327 {
1328         int nid;
1329
1330         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1331         if (nid >= 0 && nid != node)
1332                 return false;
1333         return true;
1334 }
1335
1336 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1337 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1338 {
1339         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1340 }
1341
1342 #else
1343
1344 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1345 {
1346         return true;
1347 }
1348 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1349 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1350                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1351 {
1352         return true;
1353 }
1354 #endif
1355
1356
1357 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1358                                                         unsigned int order)
1359 {
1360         if (early_page_uninitialised(pfn))
1361                 return;
1362         return __free_pages_boot_core(page, order);
1363 }
1364
1365 /*
1366  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1367  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1368  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1369  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1370  * pageblocks.
1371  *
1372  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1373  *
1374  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1375  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1376  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1377  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1378  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1379  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1380  * page in a pageblock.
1381  */
1382 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1383                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1384 {
1385         struct page *start_page;
1386         struct page *end_page;
1387
1388         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1389         end_pfn--;
1390
1391         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1392                 return NULL;
1393
1394         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1395         if (!start_page)
1396                 return NULL;
1397
1398         if (page_zone(start_page) != zone)
1399                 return NULL;
1400
1401         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1402
1403         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1404         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1405                 return NULL;
1406
1407         return start_page;
1408 }
1409
1410 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1411 {
1412         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1413         unsigned long block_end_pfn;
1414
1415         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1416         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1417                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1418                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1419
1420                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1421
1422                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1423                                              block_end_pfn, zone))
1424                         return;
1425         }
1426
1427         /* We confirm that there is no hole */
1428         zone->contiguous = true;
1429 }
1430
1431 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1432 {
1433         zone->contiguous = false;
1434 }
1435
1436 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1437 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1438                                        unsigned long nr_pages)
1439 {
1440         struct page *page;
1441         unsigned long i;
1442
1443         if (!nr_pages)
1444                 return;
1445
1446         page = pfn_to_page(pfn);
1447
1448         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1449         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1450             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1451                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1452                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1453                 return;
1454         }
1455
1456         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1457                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1458                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1459                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1460         }
1461 }
1462
1463 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1464 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1465 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1466
1467 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1468 {
1469         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1470                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1475  *
1476  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1477  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1478  * function is optimized out.
1479  *
1480  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1481  * of the head pfn.
1482  *
1483  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1484  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1485  * to this memory node.
1486  */
1487 static inline bool __init
1488 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1489                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1490 {
1491         if (!pfn_valid_within(pfn))
1492                 return false;
1493         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1494                 return false;
1495         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1496                 return false;
1497         return true;
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1502  * pageblock_nr_pages sizes.
1503  */
1504 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1505                                        unsigned long end_pfn)
1506 {
1507         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1508         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1509         unsigned long nr_free = 0;
1510
1511         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1512                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1513                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1514                         nr_free = 0;
1515                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1516                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1517                         nr_free = 1;
1518                         touch_nmi_watchdog();
1519                 } else {
1520                         nr_free++;
1521                 }
1522         }
1523         /* Free the last block of pages to allocator */
1524         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1525 }
1526
1527 /*
1528  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1529  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1530  * Return number of pages initialized.
1531  */
1532 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1533                                                  unsigned long pfn,
1534                                                  unsigned long end_pfn)
1535 {
1536         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1537         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1538         unsigned long nr_pages = 0;
1539         struct page *page = NULL;
1540
1541         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1542                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1543                         page = NULL;
1544                         continue;
1545                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1546                         page = pfn_to_page(pfn);
1547                         touch_nmi_watchdog();
1548                 } else {
1549                         page++;
1550                 }
1551                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1552                 nr_pages++;
1553         }
1554         return (nr_pages);
1555 }
1556
1557 /* Initialise remaining memory on a node */
1558 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1559 {
1560         pg_data_t *pgdat = data;
1561         int nid = pgdat->node_id;
1562         unsigned long start = jiffies;
1563         unsigned long nr_pages = 0;
1564         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1565         phys_addr_t spa, epa;
1566         int zid;
1567         struct zone *zone;
1568         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1569         u64 i;
1570
1571         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1572         if (!cpumask_empty(cpumask))
1573                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1574
1575         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1576         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1577         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1578                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1579                 pgdat_init_report_one_done();
1580                 return 0;
1581         }
1582
1583         /* Sanity check boundaries */
1584         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1585         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1586         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1587
1588         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1589         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1590                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1591                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1592                         break;
1593         }
1594         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1595
1596         /*
1597          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1598          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1599          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1600          * page in __free_one_page()).
1601          */
1602         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1603                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1604                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1605                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1606         }
1607         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1608                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1609                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1610                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1611         }
1612         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1613
1614         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1615         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1616
1617         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1618                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1619
1620         pgdat_init_report_one_done();
1621         return 0;
1622 }
1623
1624 /*
1625  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1626  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1627  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1628  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1629  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1630  *
1631  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1632  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1633  * enough pages to satisfy the allocation.
1634  *
1635  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1636  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1637  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1638  */
1639 static noinline bool __init
1640 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1641 {
1642         int zid = zone_idx(zone);
1643         int nid = zone_to_nid(zone);
1644         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1645         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1646         unsigned long nr_pages = 0;
1647         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1648         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1649         phys_addr_t spa, epa;
1650         u64 i;
1651
1652         /* Only the last zone may have deferred pages */
1653         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1654                 return false;
1655
1656         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1657
1658         /*
1659          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1660          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1661          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1662          * has this static branch.
1663          */
1664         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1665                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1666                 return true;
1667         }
1668
1669         /*
1670          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1671          * true, as there might be enough pages already.
1672          */
1673         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1674                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1675                 return true;
1676         }
1677
1678         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1679
1680         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1681                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1682                 return false;
1683         }
1684
1685         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1686                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1687                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1688
1689                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1690                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1691                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1692                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1693                                                         first_deferred_pfn);
1694                         spfn = first_deferred_pfn;
1695                 }
1696
1697                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1698                         break;
1699         }
1700
1701         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1702                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1703                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1704                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1705
1706                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1707                         break;
1708         }
1709         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1710         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1711
1712         return nr_pages > 0;
1713 }
1714
1715 /*
1716  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1717  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1718  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1719  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1720  */
1721 static bool __ref
1722 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1723 {
1724         return deferred_grow_zone(zone, order);
1725 }
1726
1727 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1728
1729 void __init page_alloc_init_late(void)
1730 {
1731         struct zone *zone;
1732
1733 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1734         int nid;
1735
1736         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1737         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1738         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1739                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1740         }
1741
1742         /* Block until all are initialised */
1743         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1744
1745         /*
1746          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1747          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1748          * will be artificially small.
1749          */
1750         for_each_populated_zone(zone)
1751                 zone_pcp_update(zone);
1752
1753         /*
1754          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1755          * on-demand struct page initialization.
1756          */
1757         static_branch_disable(&deferred_pages);
1758
1759         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1760         files_maxfiles_init();
1761 #endif
1762 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1763         /* Discard memblock private memory */
1764         memblock_discard();
1765 #endif
1766
1767         for_each_populated_zone(zone)
1768                 set_zone_contiguous(zone);
1769 }
1770
1771 #ifdef CONFIG_CMA
1772 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1773 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1774 {
1775         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1776         struct page *p = page;
1777
1778         do {
1779                 __ClearPageReserved(p);
1780                 set_page_count(p, 0);
1781         } while (++p, --i);
1782
1783         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1784
1785         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1786                 i = pageblock_nr_pages;
1787                 p = page;
1788                 do {
1789                         set_page_refcounted(p);
1790                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1791                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1792                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1793         } else {
1794                 set_page_refcounted(page);
1795                 __free_pages(page, pageblock_order);
1796         }
1797
1798         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1799 }
1800 #endif
1801
1802 /*
1803  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1804  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1805  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1806  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1807  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1808  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1809  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1810  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1811  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1812  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1813  *
1814  * -- nyc
1815  */
1816 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1817         int low, int high, struct free_area *area,
1818         int migratetype)
1819 {
1820         unsigned long size = 1 << high;
1821
1822         while (high > low) {
1823                 area--;
1824                 high--;
1825                 size >>= 1;
1826                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1827
1828                 /*
1829                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1830                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1831                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1832                  * pages will stay not present in virtual address space
1833                  */
1834                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1835                         continue;
1836
1837                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1838                 area->nr_free++;
1839                 set_page_order(&page[size], high);
1840         }
1841 }
1842
1843 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1844 {
1845         const char *bad_reason = NULL;
1846         unsigned long bad_flags = 0;
1847
1848         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1849                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1850         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1851                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1852         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1853                 bad_reason = "nonzero _count";
1854         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1855                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1856                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1857                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1858                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1859                 return;
1860         }
1861         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1862                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1863                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1864         }
1865 #ifdef CONFIG_MEMCG
1866         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1867                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1868 #endif
1869         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1870 }
1871
1872 /*
1873  * This page is about to be returned from the page allocator
1874  */
1875 static inline int check_new_page(struct page *page)
1876 {
1877         if (likely(page_expected_state(page,
1878                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1879                 return 0;
1880
1881         check_new_page_bad(page);
1882         return 1;
1883 }
1884
1885 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1886 {
1887         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1888                 page_poisoning_enabled();
1889 }
1890
1891 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1892 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1893 {
1894         return false;
1895 }
1896
1897 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1898 {
1899         return check_new_page(page);
1900 }
1901 #else
1902 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1903 {
1904         return check_new_page(page);
1905 }
1906 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1907 {
1908         return false;
1909 }
1910 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1911
1912 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1913 {
1914         int i;
1915         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1916                 struct page *p = page + i;
1917
1918                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1919                         return true;
1920         }
1921
1922         return false;
1923 }
1924
1925 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1926                                 gfp_t gfp_flags)
1927 {
1928         set_page_private(page, 0);
1929         set_page_refcounted(page);
1930
1931         arch_alloc_page(page, order);
1932         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1933         kasan_alloc_pages(page, order);
1934         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1935         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1936 }
1937
1938 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1939                                                         unsigned int alloc_flags)
1940 {
1941         int i;
1942
1943         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1944
1945         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1946                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1947                         clear_highpage(page + i);
1948
1949         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1950                 prep_compound_page(page, order);
1951
1952         /*
1953          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1954          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1955          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1956          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1957          */
1958         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1959                 set_page_pfmemalloc(page);
1960         else
1961                 clear_page_pfmemalloc(page);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1966  * the smallest available page from the freelists
1967  */
1968 static __always_inline
1969 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1970                                                 int migratetype)
1971 {
1972         unsigned int current_order;
1973         struct free_area *area;
1974         struct page *page;
1975
1976         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1977         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1978                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1979                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1980                                                         struct page, lru);
1981                 if (!page)
1982                         continue;
1983                 list_del(&page->lru);
1984                 rmv_page_order(page);
1985                 area->nr_free--;
1986                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1987                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1988                 return page;
1989         }
1990
1991         return NULL;
1992 }
1993
1994
1995 /*
1996  * This array describes the order lists are fallen back to when
1997  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1998  */
1999 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2000         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2001         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2002         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2003 #ifdef CONFIG_CMA
2004         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2005 #endif
2006 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2007         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2008 #endif
2009 };
2010
2011 #ifdef CONFIG_CMA
2012 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2013                                         unsigned int order)
2014 {
2015         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2016 }
2017 #else
2018 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2019                                         unsigned int order) { return NULL; }
2020 #endif
2021
2022 /*
2023  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2024  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2025  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2026  */
2027 static int move_freepages(struct zone *zone,
2028                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2029                           int migratetype, int *num_movable)
2030 {
2031         struct page *page;
2032         unsigned int order;
2033         int pages_moved = 0;
2034
2035 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2036         /*
2037          * page_zone is not safe to call in this context when
2038          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2039          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2040          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2041          * grouping pages by mobility
2042          */
2043         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2044                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2045                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2046 #endif
2047
2048         if (num_movable)
2049                 *num_movable = 0;
2050
2051         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2052                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2053                         page++;
2054                         continue;
2055                 }
2056
2057                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2058                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2059
2060                 if (!PageBuddy(page)) {
2061                         /*
2062                          * We assume that pages that could be isolated for
2063                          * migration are movable. But we don't actually try
2064                          * isolating, as that would be expensive.
2065                          */
2066                         if (num_movable &&
2067                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2068                                 (*num_movable)++;
2069
2070                         page++;
2071                         continue;
2072                 }
2073
2074                 order = page_order(page);
2075                 list_move(&page->lru,
2076                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2077                 page += 1 << order;
2078                 pages_moved += 1 << order;
2079         }
2080
2081         return pages_moved;
2082 }
2083
2084 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2085                                 int migratetype, int *num_movable)
2086 {
2087         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2088         struct page *start_page, *end_page;
2089
2090         start_pfn = page_to_pfn(page);
2091         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2092         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2093         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2094         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2095
2096         /* Do not cross zone boundaries */
2097         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2098                 start_page = page;
2099         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2100                 return 0;
2101
2102         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2103                                                                 num_movable);
2104 }
2105
2106 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2107                                         int start_order, int migratetype)
2108 {
2109         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2110
2111         while (nr_pageblocks--) {
2112                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2113                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2114         }
2115 }
2116
2117 /*
2118  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2119  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2120  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2121  *
2122  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2123  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2124  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2125  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2126  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2127  * pageblocks.
2128  */
2129 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2130 {
2131         /*
2132          * Leaving this order check is intended, although there is
2133          * relaxed order check in next check. The reason is that
2134          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2135          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2136          * so could be changed anytime.
2137          */
2138         if (order >= pageblock_order)
2139                 return true;
2140
2141         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2142                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2143                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2144                 page_group_by_mobility_disabled)
2145                 return true;
2146
2147         return false;
2148 }
2149
2150 /*
2151  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2152  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2153  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2154  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2155  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2156  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2157  */
2158 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2159                                         int start_type, bool whole_block)
2160 {
2161         unsigned int current_order = page_order(page);
2162         struct free_area *area;
2163         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2164         int old_block_type;
2165
2166         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2167
2168         /*
2169          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2170          * highatomic accounting.
2171          */
2172         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2173                 goto single_page;
2174
2175         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2176         if (current_order >= pageblock_order) {
2177                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2178                 goto single_page;
2179         }
2180
2181         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2182         if (!whole_block)
2183                 goto single_page;
2184
2185         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2186                                                 &movable_pages);
2187         /*
2188          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2189          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2190          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2191          */
2192         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2193                 alike_pages = movable_pages;
2194         } else {
2195                 /*
2196                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2197                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2198                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2199                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2200                  * exact migratetype of non-movable pages.
2201                  */
2202                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2203                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2204                                                 - (free_pages + movable_pages);
2205                 else
2206                         alike_pages = 0;
2207         }
2208
2209         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2210         if (!free_pages)
2211                 goto single_page;
2212
2213         /*
2214          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2215          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2216          */
2217         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2218                         page_group_by_mobility_disabled)
2219                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2220
2221         return;
2222
2223 single_page:
2224         area = &zone->free_area[current_order];
2225         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2230  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2231  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2232  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2233  */
2234 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2235                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2236 {
2237         int i;
2238         int fallback_mt;
2239
2240         if (area->nr_free == 0)
2241                 return -1;
2242
2243         *can_steal = false;
2244         for (i = 0;; i++) {
2245                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2246                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2247                         break;
2248
2249                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2250                         continue;
2251
2252                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2253                         *can_steal = true;
2254
2255                 if (!only_stealable)
2256                         return fallback_mt;
2257
2258                 if (*can_steal)
2259                         return fallback_mt;
2260         }
2261
2262         return -1;
2263 }
2264
2265 /*
2266  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2267  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2268  */
2269 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2270                                 unsigned int alloc_order)
2271 {
2272         int mt;
2273         unsigned long max_managed, flags;
2274
2275         /*
2276          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2277          * Check is race-prone but harmless.
2278          */
2279         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2280         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2281                 return;
2282
2283         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2284
2285         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2286         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2287                 goto out_unlock;
2288
2289         /* Yoink! */
2290         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2291         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2292             && !is_migrate_cma(mt)) {
2293                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2294                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2295                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2296         }
2297
2298 out_unlock:
2299         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2300 }
2301
2302 /*
2303  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2304  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2305  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2306  * to recover from than an OOM.
2307  *
2308  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2309  * pageblock is exhausted.
2310  */
2311 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2312                                                 bool force)
2313 {
2314         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2315         unsigned long flags;
2316         struct zoneref *z;
2317         struct zone *zone;
2318         struct page *page;
2319         int order;
2320         bool ret;
2321
2322         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2323                                                                 ac->nodemask) {
2324                 /*
2325                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2326                  * is really high.
2327                  */
2328                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2329                                         pageblock_nr_pages)
2330                         continue;
2331
2332                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2333                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2334                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2335
2336                         page = list_first_entry_or_null(
2337                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2338                                         struct page, lru);
2339                         if (!page)
2340                                 continue;
2341
2342                         /*
2343                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2344                          * we can counter several free pages in a pageblock
2345                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2346                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2347                          * adjust the count once.
2348                          */
2349                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2350                                 /*
2351                                  * It should never happen but changes to
2352                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2353                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2354                                  * while unreserving so be safe and watch for
2355                                  * underflows.
2356                                  */
2357                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2358                                                 pageblock_nr_pages,
2359                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2360                         }
2361
2362                         /*
2363                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2364                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2365                          * is doing the work and needs the pages. More
2366                          * importantly, if the block was always converted to
2367                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2368                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2369                          * may increase.
2370                          */
2371                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2372                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2373                                                                         NULL);
2374                         if (ret) {
2375                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2376                                 return ret;
2377                         }
2378                 }
2379                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2380         }
2381
2382         return false;
2383 }
2384
2385 /*
2386  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2387  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2388  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2389  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2390  *
2391  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2392  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2393  * condition simpler.
2394  */
2395 static __always_inline bool
2396 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2397 {
2398         struct free_area *area;
2399         int current_order;
2400         struct page *page;
2401         int fallback_mt;
2402         bool can_steal;
2403
2404         /*
2405          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2406          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2407          * would be too costly to do exactly.
2408          */
2409         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2410                                 --current_order) {
2411                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2412                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2413                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2414                 if (fallback_mt == -1)
2415                         continue;
2416
2417                 /*
2418                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2419                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2420                  * steal and split the smallest available page instead of the
2421                  * largest available page, because even if the next movable
2422                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2423                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2424                  */
2425                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2426                                         && current_order > order)
2427                         goto find_smallest;
2428
2429                 goto do_steal;
2430         }
2431
2432         return false;
2433
2434 find_smallest:
2435         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2436                                                         current_order++) {
2437                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2438                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2439                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2440                 if (fallback_mt != -1)
2441                         break;
2442         }
2443
2444         /*
2445          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2446          * when looking for the largest page.
2447          */
2448         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2449
2450 do_steal:
2451         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2452                                                         struct page, lru);
2453
2454         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2455
2456         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2457                 start_migratetype, fallback_mt);
2458
2459         return true;
2460
2461 }
2462
2463 /*
2464  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2465  * Call me with the zone->lock already held.
2466  */
2467 static __always_inline struct page *
2468 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2469 {
2470         struct page *page;
2471
2472 retry:
2473         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2474         if (unlikely(!page)) {
2475                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2476                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2477
2478                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2479                         goto retry;
2480         }
2481
2482         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2483         return page;
2484 }
2485
2486 /*
2487  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2488  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2489  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2490  */
2491 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2492                         unsigned long count, struct list_head *list,
2493                         int migratetype)
2494 {
2495         int i, alloced = 0;
2496
2497         spin_lock(&zone->lock);
2498         for (i = 0; i < count; ++i) {
2499                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2500                 if (unlikely(page == NULL))
2501                         break;
2502
2503                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2504                         continue;
2505
2506                 /*
2507                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2508                  * physical page order. The page is added to the tail of
2509                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2510                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2511                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2512                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2513                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2514                  * pages are ordered properly.
2515                  */
2516                 list_add_tail(&page->lru, list);
2517                 alloced++;
2518                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2519                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2520                                               -(1 << order));
2521         }
2522
2523         /*
2524          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2525          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2526          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2527          * pages added to the pcp list.
2528          */
2529         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2530         spin_unlock(&zone->lock);
2531         return alloced;
2532 }
2533
2534 #ifdef CONFIG_NUMA
2535 /*
2536  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2537  * currently executing processor on remote nodes after they have
2538  * expired.
2539  *
2540  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2541  * a single processor.
2542  */
2543 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2544 {
2545         unsigned long flags;
2546         int to_drain, batch;
2547
2548         local_irq_save(flags);
2549         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2550         to_drain = min(pcp->count, batch);
2551         if (to_drain > 0)
2552                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2553         local_irq_restore(flags);
2554 }
2555 #endif
2556
2557 /*
2558  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2559  *
2560  * The processor must either be the current processor and the
2561  * thread pinned to the current processor or a processor that
2562  * is not online.
2563  */
2564 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2565 {
2566         unsigned long flags;
2567         struct per_cpu_pageset *pset;
2568         struct per_cpu_pages *pcp;
2569
2570         local_irq_save(flags);
2571         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2572
2573         pcp = &pset->pcp;
2574         if (pcp->count)
2575                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2576         local_irq_restore(flags);
2577 }
2578
2579 /*
2580  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2581  *
2582  * The processor must either be the current processor and the
2583  * thread pinned to the current processor or a processor that
2584  * is not online.
2585  */
2586 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2587 {
2588         struct zone *zone;
2589
2590         for_each_populated_zone(zone) {
2591                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2592         }
2593 }
2594
2595 /*
2596  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2597  *
2598  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2599  * the single zone's pages.
2600  */
2601 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2602 {
2603         int cpu = smp_processor_id();
2604
2605         if (zone)
2606                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2607         else
2608                 drain_pages(cpu);
2609 }
2610
2611 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2612 {
2613         /*
2614          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2615          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2616          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2617          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2618          * a different one.
2619          */
2620         preempt_disable();
2621         drain_local_pages(NULL);
2622         preempt_enable();
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2627  *
2628  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2629  *
2630  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2631  */
2632 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2633 {
2634         int cpu;
2635
2636         /*
2637          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2638          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2639          */
2640         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2641
2642         /*
2643          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2644          * initialized.
2645          */
2646         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2647                 return;
2648
2649         /*
2650          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2651          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2652          * the drain to be complete when the call returns.
2653          */
2654         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2655                 if (!zone)
2656                         return;
2657                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2658         }
2659
2660         /*
2661          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2662          * as offline notification will cause the notified
2663          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2664          * disables preemption as part of its processing
2665          */
2666         for_each_online_cpu(cpu) {
2667                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2668                 struct zone *z;
2669                 bool has_pcps = false;
2670
2671                 if (zone) {
2672                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2673                         if (pcp->pcp.count)
2674                                 has_pcps = true;
2675                 } else {
2676                         for_each_populated_zone(z) {
2677                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2678                                 if (pcp->pcp.count) {
2679                                         has_pcps = true;
2680                                         break;
2681                                 }
2682                         }
2683                 }
2684
2685                 if (has_pcps)
2686                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2687                 else
2688                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2689         }
2690
2691         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2692                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2693                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2694                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2695         }
2696         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2697                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2698
2699         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2700 }
2701
2702 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2703
2704 /*
2705  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2706  */
2707 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2708
2709 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2710 {
2711         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2712         unsigned long flags;
2713         unsigned int order, t;
2714         struct page *page;
2715
2716         if (zone_is_empty(zone))
2717                 return;
2718
2719         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2720
2721         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2722         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2723                 if (pfn_valid(pfn)) {
2724                         page = pfn_to_page(pfn);
2725
2726                         if (!--page_count) {
2727                                 touch_nmi_watchdog();
2728                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2729                         }
2730
2731                         if (page_zone(page) != zone)
2732                                 continue;
2733
2734                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2735                                 swsusp_unset_page_free(page);
2736                 }
2737
2738         for_each_migratetype_order(order, t) {
2739                 list_for_each_entry(page,
2740                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2741                         unsigned long i;
2742
2743                         pfn = page_to_pfn(page);
2744                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2745                                 if (!--page_count) {
2746                                         touch_nmi_watchdog();
2747                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2748                                 }
2749                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2750                         }
2751                 }
2752         }
2753         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2754 }
2755 #endif /* CONFIG_PM */
2756
2757 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2758 {
2759         int migratetype;
2760
2761         if (!free_pcp_prepare(page))
2762                 return false;
2763
2764         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2765         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2766         return true;
2767 }
2768
2769 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2770 {
2771         struct zone *zone = page_zone(page);
2772         struct per_cpu_pages *pcp;
2773         int migratetype;
2774
2775         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2776         __count_vm_event(PGFREE);
2777
2778         /*
2779          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2780          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2781          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2782          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2783          * excessively into the page allocator
2784          */
2785         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2786                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2787                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2788                         return;
2789                 }
2790                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2791         }
2792
2793         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2794         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2795         pcp->count++;
2796         if (pcp->count >= pcp->high) {
2797                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2798                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2799         }
2800 }
2801
2802 /*
2803  * Free a 0-order page
2804  */
2805 void free_unref_page(struct page *page)
2806 {
2807         unsigned long flags;
2808         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2809
2810         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2811                 return;
2812
2813         local_irq_save(flags);
2814         free_unref_page_commit(page, pfn);
2815         local_irq_restore(flags);
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Free a list of 0-order pages
2820  */
2821 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2822 {
2823         struct page *page, *next;
2824         unsigned long flags, pfn;
2825         int batch_count = 0;
2826
2827         /* Prepare pages for freeing */
2828         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2829                 pfn = page_to_pfn(page);
2830                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2831                         list_del(&page->lru);
2832                 set_page_private(page, pfn);
2833         }
2834
2835         local_irq_save(flags);
2836         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2837                 unsigned long pfn = page_private(page);
2838
2839                 set_page_private(page, 0);
2840                 trace_mm_page_free_batched(page);
2841                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2842
2843                 /*
2844                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2845                  * a large list of pages to free.
2846                  */
2847                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2848                         local_irq_restore(flags);
2849                         batch_count = 0;
2850                         local_irq_save(flags);
2851                 }
2852         }
2853         local_irq_restore(flags);
2854 }
2855
2856 /*
2857  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2858  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2859  * Each sub-page must be freed individually.
2860  *
2861  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2862  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2863  */
2864 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2865 {
2866         int i;
2867
2868         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2869         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2870
2871         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2872                 set_page_refcounted(page + i);
2873         split_page_owner(page, order);
2874 }
2875 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2876
2877 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2878 {
2879         unsigned long watermark;
2880         struct zone *zone;
2881         int mt;
2882
2883         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2884
2885         zone = page_zone(page);
2886         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2887
2888         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2889                 /*
2890                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2891                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2892                  * watermark, because we already know our high-order page
2893                  * exists.
2894                  */
2895                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2896                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2897                         return 0;
2898
2899                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2900         }
2901
2902         /* Remove page from free list */
2903         list_del(&page->lru);
2904         zone->free_area[order].nr_free--;
2905         rmv_page_order(page);
2906
2907         /*
2908          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2909          * pageblock
2910          */
2911         if (order >= pageblock_order - 1) {
2912                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2913                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2914                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2915                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2916                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2917                                 set_pageblock_migratetype(page,
2918                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2919                 }
2920         }
2921
2922
2923         return 1UL << order;
2924 }
2925
2926 /*
2927  * Update NUMA hit/miss statistics
2928  *
2929  * Must be called with interrupts disabled.
2930  */
2931 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2932 {
2933 #ifdef CONFIG_NUMA
2934         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2935
2936         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2937         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2938                 return;
2939
2940         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2941                 local_stat = NUMA_OTHER;
2942
2943         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2944                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2945         else {
2946                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2947                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2948         }
2949         __inc_numa_state(z, local_stat);
2950 #endif
2951 }
2952
2953 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2954 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2955                         struct per_cpu_pages *pcp,
2956                         struct list_head *list)
2957 {
2958         struct page *page;
2959
2960         do {
2961                 if (list_empty(list)) {
2962                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2963                                         pcp->batch, list,
2964                                         migratetype);
2965                         if (unlikely(list_empty(list)))
2966                                 return NULL;
2967                 }
2968
2969                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2970                 list_del(&page->lru);
2971                 pcp->count--;
2972         } while (check_new_pcp(page));
2973
2974         return page;
2975 }
2976
2977 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2978 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2979                         struct zone *zone, unsigned int order,
2980                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2981 {
2982         struct per_cpu_pages *pcp;
2983         struct list_head *list;
2984         struct page *page;
2985         unsigned long flags;
2986
2987         local_irq_save(flags);
2988         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2989         list = &pcp->lists[migratetype];
2990         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2991         if (page) {
2992                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2993                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2994         }
2995         local_irq_restore(flags);
2996         return page;
2997 }
2998
2999 /*
3000  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3001  */
3002 static inline
3003 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3004                         struct zone *zone, unsigned int order,
3005                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3006                         int migratetype)
3007 {
3008         unsigned long flags;
3009         struct page *page;
3010
3011         if (likely(order == 0)) {
3012                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3013                                 gfp_flags, migratetype);
3014                 goto out;
3015         }
3016
3017         /*
3018          * We most definitely don't want callers attempting to
3019          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3020          */
3021         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3022         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3023
3024         do {
3025                 page = NULL;
3026                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3027                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3028                         if (page)
3029                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3030                 }
3031                 if (!page)
3032                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3033         } while (page && check_new_pages(page, order));
3034         spin_unlock(&zone->lock);
3035         if (!page)
3036                 goto failed;
3037         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3038                                   get_pcppage_migratetype(page));
3039
3040         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3041         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3042         local_irq_restore(flags);
3043
3044 out:
3045         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3046         return page;
3047
3048 failed:
3049         local_irq_restore(flags);
3050         return NULL;
3051 }
3052
3053 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3054
3055 static struct {
3056         struct fault_attr attr;
3057
3058         bool ignore_gfp_highmem;
3059         bool ignore_gfp_reclaim;
3060         u32 min_order;
3061 } fail_page_alloc = {
3062         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3063         .ignore_gfp_reclaim = true,
3064         .ignore_gfp_highmem = true,
3065         .min_order = 1,
3066 };
3067
3068 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3069 {
3070         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3071 }
3072 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3073
3074 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3075 {
3076         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3077                 return false;
3078         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3079                 return false;
3080         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3081                 return false;
3082         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3083                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3084                 return false;
3085
3086         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3087 }
3088
3089 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3090
3091 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3092 {
3093         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3094         struct dentry *dir;
3095
3096         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3097                                         &fail_page_alloc.attr);
3098         if (IS_ERR(dir))
3099                 return PTR_ERR(dir);
3100
3101         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3102                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3103                 goto fail;
3104         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3105                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3106                 goto fail;
3107         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3108                                 &fail_page_alloc.min_order))
3109                 goto fail;
3110
3111         return 0;
3112 fail:
3113         debugfs_remove_recursive(dir);
3114
3115         return -ENOMEM;
3116 }
3117
3118 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3119
3120 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3121
3122 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3123
3124 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3125 {
3126         return false;
3127 }
3128
3129 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3130
3131 /*
3132  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3133  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3134  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3135  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3136  */
3137 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3138                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3139                          long free_pages)
3140 {
3141         long min = mark;
3142         int o;
3143         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3144
3145         /* free_pages may go negative - that's OK */
3146         free_pages -= (1 << order) - 1;
3147
3148         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3149                 min -= min / 2;
3150
3151         /*
3152          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3153          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3154          * atomic reserve but it avoids a search.
3155          */
3156         if (likely(!alloc_harder)) {
3157                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3158         } else {
3159                 /*
3160                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3161                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3162                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3163                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3164                  */
3165                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3166                         min -= min / 2;
3167                 else
3168                         min -= min / 4;
3169         }
3170
3171
3172 #ifdef CONFIG_CMA
3173         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3174         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3175                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3176 #endif
3177
3178         /*
3179          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3180          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3181          * even if a suitable page happened to be free.
3182          */
3183         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3184                 return false;
3185
3186         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3187         if (!order)
3188                 return true;
3189
3190         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3191         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3192                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3193                 int mt;
3194
3195                 if (!area->nr_free)
3196                         continue;
3197
3198                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3199                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3200                                 return true;
3201                 }
3202
3203 #ifdef CONFIG_CMA
3204                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3205                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3206                         return true;
3207                 }
3208 #endif
3209                 if (alloc_harder &&
3210                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3211                         return true;
3212         }
3213         return false;
3214 }
3215
3216 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3217                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3218 {
3219         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3220                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3221 }
3222
3223 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3224                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3225 {
3226         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3227         long cma_pages = 0;
3228
3229 #ifdef CONFIG_CMA
3230         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3231         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3232                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3233 #endif
3234
3235         /*
3236          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3237          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3238          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3239          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3240          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3241          */
3242         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3243                 return true;
3244
3245         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3246                                         free_pages);
3247 }
3248
3249 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3250                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3251 {
3252         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3253
3254         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3255                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3256
3257         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3258                                                                 free_pages);
3259 }
3260
3261 #ifdef CONFIG_NUMA
3262 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3263 {
3264         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3265                                 RECLAIM_DISTANCE;
3266 }
3267 #else   /* CONFIG_NUMA */
3268 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3269 {
3270         return true;
3271 }
3272 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3273
3274 /*
3275  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3276  * a page.
3277  */
3278 static struct page *
3279 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3280                                                 const struct alloc_context *ac)
3281 {
3282         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3283         struct zone *zone;
3284         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3285
3286         /*
3287          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3288          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3289          */
3290         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3291                                                                 ac->nodemask) {
3292                 struct page *page;
3293                 unsigned long mark;
3294
3295                 if (cpusets_enabled() &&
3296                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3297                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3298                                 continue;
3299                 /*
3300                  * When allocating a page cache page for writing, we
3301                  * want to get it from a node that is within its dirty
3302                  * limit, such that no single node holds more than its
3303                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3304                  * The dirty limits take into account the node's
3305                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3306                  * should be able to balance it without having to
3307                  * write pages from its LRU list.
3308                  *
3309                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3310                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3311                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3312                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3313                  * nodes are together not big enough to reach the
3314                  * global limit.  The proper fix for these situations
3315                  * will require awareness of nodes in the
3316                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3317                  */
3318                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3319                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3320                                 continue;
3321
3322                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3323                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3324                                 continue;
3325                         }
3326                 }
3327
3328                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3329                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3330                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3331                         int ret;
3332
3333 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3334                         /*
3335                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3336                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3337                          */
3338                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3339                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3340                                         goto try_this_zone;
3341                         }
3342 #endif
3343                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3344                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3345                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3346                                 goto try_this_zone;
3347
3348                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3349                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3350                                 continue;
3351
3352                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3353                         switch (ret) {
3354                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3355                                 /* did not scan */
3356                                 continue;
3357                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3358                                 /* scanned but unreclaimable */
3359                                 continue;
3360                         default:
3361                                 /* did we reclaim enough */
3362                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3363                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3364                                         goto try_this_zone;
3365
3366                                 continue;
3367                         }
3368                 }
3369
3370 try_this_zone:
3371                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3372                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3373                 if (page) {
3374                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3375
3376                         /*
3377                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3378                          * if the pageblock should be reserved for the future
3379                          */
3380                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3381                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3382
3383                         return page;
3384                 } else {
3385 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3386                         /* Try again if zone has deferred pages */
3387                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3388                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3389                                         goto try_this_zone;
3390                         }
3391 #endif
3392                 }
3393         }
3394
3395         return NULL;
3396 }
3397
3398 /*
3399  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3400  * meminfo in irq context.
3401  */
3402 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3403 {
3404         bool ret = false;
3405
3406 #if NODES_SHIFT > 8
3407         ret = in_interrupt();
3408 #endif
3409         return ret;
3410 }
3411
3412 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3413 {
3414         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3415         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3416
3417         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3418                 return;
3419
3420         /*
3421          * This documents exceptions given to allocations in certain
3422          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3423          * of allowed nodes.
3424          */
3425         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3426                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3427                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3428                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3429         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3430                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3431
3432         show_mem(filter, nodemask);
3433 }
3434
3435 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3436 {
3437         struct va_format vaf;
3438         va_list args;
3439         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3440                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3441
3442         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3443                 return;
3444
3445         va_start(args, fmt);
3446         vaf.fmt = fmt;
3447         vaf.va = &args;
3448         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3449                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3450                         nodemask_pr_args(nodemask));
3451         va_end(args);
3452
3453         cpuset_print_current_mems_allowed();
3454
3455         dump_stack();
3456         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3457 }
3458
3459 static inline struct page *
3460 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3461                               unsigned int alloc_flags,
3462                               const struct alloc_context *ac)
3463 {
3464         struct page *page;
3465
3466         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3467                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3468         /*
3469          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3470          * are depleted
3471          */
3472         if (!page)
3473                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3474                                 alloc_flags, ac);
3475
3476         return page;
3477 }
3478
3479 static inline struct page *
3480 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3481         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3482 {
3483         struct oom_control oc = {
3484                 .zonelist = ac->zonelist,
3485                 .nodemask = ac->nodemask,
3486                 .memcg = NULL,
3487                 .gfp_mask = gfp_mask,
3488                 .order = order,
3489         };
3490         struct page *page;
3491
3492         *did_some_progress = 0;
3493
3494         /*
3495          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3496          * making progress for us.
3497          */
3498         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3499                 *did_some_progress = 1;
3500                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3501                 return NULL;
3502         }
3503
3504         /*
3505          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3506          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3507          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3508          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3509          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3510          */
3511         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3512                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3513                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3514         if (page)
3515                 goto out;
3516
3517         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3518         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3519                 goto out;
3520         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3521         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3522                 goto out;
3523         /*
3524          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3525          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3526          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3527          * fallback than shooting a random task.
3528          */
3529         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3530                 goto out;
3531         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3532         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3533                 goto out;
3534         if (pm_suspended_storage())
3535                 goto out;
3536         /*
3537          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3538          * other request to make a forward progress.
3539          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3540          * do much for this context but let's try it to at least get
3541          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3542          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3543          * failures more gracefully we should just bail out here.
3544          */
3545
3546         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3547         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3548                 goto out;
3549
3550         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3551         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3552                 *did_some_progress = 1;
3553
3554                 /*
3555                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3556                  * reserves
3557                  */
3558                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3559                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3560                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3561         }
3562 out:
3563         mutex_unlock(&oom_lock);
3564         return page;
3565 }
3566
3567 /*
3568  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3569  * killer is consider as the only way to move forward.
3570  */
3571 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3572
3573 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3574 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3575 static struct page *
3576 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3577                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3578                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3579 {
3580         struct page *page;
3581         unsigned int noreclaim_flag;
3582
3583         if (!order)
3584                 return NULL;
3585
3586         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3587         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3588                                                                         prio);
3589         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3590
3591         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3592                 return NULL;
3593
3594         /*
3595          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3596          * count a compaction stall
3597          */
3598         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3599
3600         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3601
3602         if (page) {
3603                 struct zone *zone = page_zone(page);
3604
3605                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3606                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3607                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3608                 return page;
3609         }
3610
3611         /*
3612          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3613          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3614          */
3615         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3616
3617         cond_resched();
3618
3619         return NULL;
3620 }
3621
3622 static inline bool
3623 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3624                      enum compact_result compact_result,
3625                      enum compact_priority *compact_priority,
3626                      int *compaction_retries)
3627 {
3628         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3629         int min_priority;
3630         bool ret = false;
3631         int retries = *compaction_retries;
3632         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3633
3634         if (!order)
3635                 return false;
3636
3637         if (compaction_made_progress(compact_result))
3638                 (*compaction_retries)++;
3639
3640         /*
3641          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3642          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3643          * failure could be caused by insufficient priority
3644          */
3645         if (compaction_failed(compact_result))
3646                 goto check_priority;
3647
3648         /*
3649          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3650          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3651          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3652          * compaction.
3653          */
3654         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3655                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3656                 goto out;
3657         }
3658
3659         /*
3660          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3661          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3662          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3663          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3664          * would need much more detailed feedback from compaction to
3665          * make a better decision.
3666          */
3667         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3668                 max_retries /= 4;
3669         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3670                 ret = true;
3671                 goto out;
3672         }
3673
3674         /*
3675          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3676          * all retries or failed at the lower priorities.
3677          */
3678 check_priority:
3679         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3680                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3681
3682         if (*compact_priority > min_priority) {
3683                 (*compact_priority)--;
3684                 *compaction_retries = 0;
3685                 ret = true;
3686         }
3687 out:
3688         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3689         return ret;
3690 }
3691 #else
3692 static inline struct page *
3693 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3694                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3695                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3696 {
3697         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3698         return NULL;
3699 }
3700
3701 static inline bool
3702 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3703                      enum compact_result compact_result,
3704                      enum compact_priority *compact_priority,
3705                      int *compaction_retries)
3706 {
3707         struct zone *zone;
3708         struct zoneref *z;
3709
3710         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3711                 return false;
3712
3713         /*
3714          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3715          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3716          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3717          * watermarks are OK.
3718          */
3719         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3720                                         ac->nodemask) {
3721                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3722                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3723                         return true;
3724         }
3725         return false;
3726 }
3727 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3728
3729 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3730 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3731         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3732
3733 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3734 {
3735         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3736
3737         /* no reclaim without waiting on it */
3738         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3739                 return false;
3740
3741         /* this guy won't enter reclaim */
3742         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3743                 return false;
3744
3745         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3746         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3747                 return false;
3748
3749         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3750                 return false;
3751
3752         return true;
3753 }
3754
3755 void __fs_reclaim_acquire(void)
3756 {
3757         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3758 }
3759
3760 void __fs_reclaim_release(void)
3761 {
3762         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3763 }
3764
3765 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3766 {
3767         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3768                 __fs_reclaim_acquire();
3769 }
3770 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3771
3772 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3773 {
3774         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3775                 __fs_reclaim_release();
3776 }
3777 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3778 #endif
3779
3780 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3781 static int
3782 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3783                                         const struct alloc_context *ac)
3784 {
3785         struct reclaim_state reclaim_state;
3786         int progress;
3787         unsigned int noreclaim_flag;
3788
3789         cond_resched();
3790
3791         /* We now go into synchronous reclaim */
3792         cpuset_memory_pressure_bump();
3793         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3794         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3795         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3796         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3797
3798         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3799                                                                 ac->nodemask);
3800
3801         current->reclaim_state = NULL;
3802         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3803         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3804
3805         cond_resched();
3806
3807         return progress;
3808 }
3809
3810 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3811 static inline struct page *
3812 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3813                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3814                 unsigned long *did_some_progress)
3815 {
3816         struct page *page = NULL;
3817         bool drained = false;
3818
3819         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3820         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3821                 return NULL;
3822
3823 retry:
3824         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3825
3826         /*
3827          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3828          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3829          * Shrink them them and try again
3830          */
3831         if (!page && !drained) {
3832                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3833                 drain_all_pages(NULL);
3834                 drained = true;
3835                 goto retry;
3836         }
3837
3838         return page;
3839 }
3840
3841 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3842                              const struct alloc_context *ac)
3843 {
3844         struct zoneref *z;
3845         struct zone *zone;
3846         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3847         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3848
3849         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3850                                         ac->nodemask) {
3851                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3852                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3853                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3854         }
3855 }
3856
3857 static inline unsigned int
3858 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3859 {
3860         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3861
3862         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3863         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3864
3865         /*
3866          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3867          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3868          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3869          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3870          */
3871         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3872
3873         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3874                 /*
3875                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3876                  * if it can't schedule.
3877                  */
3878                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3879                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3880                 /*
3881                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3882                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3883                  */
3884                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3885         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3886                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3887
3888 #ifdef CONFIG_CMA
3889         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3890                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3891 #endif
3892         return alloc_flags;
3893 }
3894
3895 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3896 {
3897         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3898                 return false;
3899
3900         /*
3901          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3902          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3903          */
3904         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3905                 return false;
3906
3907         return true;
3908 }
3909
3910 /*
3911  * Distinguish requests which really need access to full memory
3912  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3913  */
3914 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3915 {
3916         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3917                 return 0;
3918         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3919                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3920         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3921                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3922         if (!in_interrupt()) {
3923                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3924                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3925                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3926                         return ALLOC_OOM;
3927         }
3928
3929         return 0;
3930 }
3931
3932 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3933 {
3934         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3935 }
3936
3937 /*
3938  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3939  * for the given allocation request.
3940  *
3941  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3942  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3943  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3944  *
3945  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3946  */
3947 static inline bool
3948 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3949                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3950                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3951 {
3952         struct zone *zone;
3953         struct zoneref *z;
3954
3955         /*
3956          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3957          * their order will become available due to high fragmentation so
3958          * always increment the no progress counter for them
3959          */
3960         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3961                 *no_progress_loops = 0;
3962         else
3963                 (*no_progress_loops)++;
3964
3965         /*
3966          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3967          * several times in the row.
3968          */
3969         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3970                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3971                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3972         }
3973
3974         /*
3975          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3976          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3977          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3978          * screwed and have to go OOM.
3979          */
3980         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3981                                         ac->nodemask) {
3982                 unsigned long available;
3983                 unsigned long reclaimable;
3984                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3985                 bool wmark;
3986
3987                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3988                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3989
3990                 /*
3991                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3992                  * reclaimable pages?
3993                  */
3994                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3995                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3996                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3997                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3998                 if (wmark) {
3999                         /*
4000                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4001                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4002                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4003                          * prevent from pre mature OOM
4004                          */
4005                         if (!did_some_progress) {
4006                                 unsigned long write_pending;
4007
4008                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4009                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4010
4011                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4012                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4013                                         return true;
4014                                 }
4015                         }
4016
4017                         /*
4018                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
4019                          * context and the current implementation of the WQ
4020                          * concurrency control doesn't recognize that
4021                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
4022                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
4023                          * do a short sleep here rather than calling
4024                          * cond_resched().
4025                          */
4026                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4027                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4028                         else
4029                                 cond_resched();
4030
4031                         return true;
4032                 }
4033         }
4034
4035         return false;
4036 }
4037
4038 static inline bool
4039 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4040 {
4041         /*
4042          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4043          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4044          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4045          * such a way the check therein was true, and then it became false
4046          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4047          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4048          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4049          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4050          * caller can deal with a violated nodemask.
4051          */
4052         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4053                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4054                 ac->nodemask = NULL;
4055                 return true;
4056         }
4057
4058         /*
4059          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4060          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4061          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4062          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4063          * retry.
4064          */
4065         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4066                 return true;
4067
4068         return false;
4069 }
4070
4071 static inline struct page *
4072 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4073                                                 struct alloc_context *ac)
4074 {
4075         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4076         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4077         struct page *page = NULL;
4078         unsigned int alloc_flags;
4079         unsigned long did_some_progress;
4080         enum compact_priority compact_priority;
4081         enum compact_result compact_result;
4082         int compaction_retries;
4083         int no_progress_loops;
4084         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4085         int reserve_flags;
4086
4087         /*
4088          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4089          * callers that are not in atomic context.
4090          */
4091         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4092                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4093                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4094
4095 retry_cpuset:
4096         compaction_retries = 0;
4097         no_progress_loops = 0;
4098         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4099         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4100
4101         /*
4102          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4103          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4104          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4105          */
4106         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4107
4108         /*
4109          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4110          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4111          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4112          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4113          */
4114         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4115                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4116         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4117                 goto nopage;
4118
4119         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4120                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4121
4122         /*
4123          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4124          * that first
4125          */
4126         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4127         if (page)
4128                 goto got_pg;
4129
4130         /*
4131          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4132          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4133          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4134          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4135          * same migratetype.
4136          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4137          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4138          */
4139         if (can_direct_reclaim &&
4140                         (costly_order ||
4141                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4142                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4143                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4144                                                 alloc_flags, ac,
4145                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4146                                                 &compact_result);
4147                 if (page)
4148                         goto got_pg;
4149
4150                 /*
4151                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4152                  * includes THP page fault allocations
4153                  */
4154                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4155                         /*
4156                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4157                          * it is because sync compaction recently failed. If
4158                          * this is the case and the caller requested a THP
4159                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4160                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4161                          * direct reclaim.
4162                          */
4163                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4164                                 goto nopage;
4165
4166                         /*
4167                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4168                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4169                          * using async compaction.
4170                          */
4171                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4172                 }
4173         }
4174
4175 retry:
4176         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4177         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4178                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4179
4180         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4181         if (reserve_flags)
4182                 alloc_flags = reserve_flags;
4183
4184         /*
4185          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4186          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4187          * user oriented.
4188          */
4189         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4190                 ac->nodemask = NULL;
4191                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4192                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4193         }
4194
4195         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4196         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4197         if (page)
4198                 goto got_pg;
4199
4200         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4201         if (!can_direct_reclaim)
4202                 goto nopage;
4203
4204         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4205         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4206                 goto nopage;
4207
4208         /* Try direct reclaim and then allocating */
4209         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4210                                                         &did_some_progress);
4211         if (page)
4212                 goto got_pg;
4213
4214         /* Try direct compaction and then allocating */
4215         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4216                                         compact_priority, &compact_result);
4217         if (page)
4218                 goto got_pg;
4219
4220         /* Do not loop if specifically requested */
4221         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4222                 goto nopage;
4223
4224         /*
4225          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4226          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4227          */
4228         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4229                 goto nopage;
4230
4231         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4232                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4233                 goto retry;
4234
4235         /*
4236          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4237          * reclaim is not able to make any progress because the current
4238          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4239          * of free memory (see __compaction_suitable)
4240          */
4241         if (did_some_progress > 0 &&
4242                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4243                                 compact_result, &compact_priority,
4244                                 &compaction_retries))
4245                 goto retry;
4246
4247
4248         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4249         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4250                 goto retry_cpuset;
4251
4252         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4253         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4254         if (page)
4255                 goto got_pg;
4256
4257         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4258         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4259             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4260              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4261                 goto nopage;
4262
4263         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4264         if (did_some_progress) {
4265                 no_progress_loops = 0;
4266                 goto retry;
4267         }
4268
4269 nopage:
4270         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4271         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4272                 goto retry_cpuset;
4273
4274         /*
4275          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4276          * we always retry
4277          */
4278         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4279                 /*
4280                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4281                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4282                  */
4283                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4284                         goto fail;
4285
4286                 /*
4287                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4288                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4289                  * for somebody to do a work for us
4290                  */
4291                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4292
4293                 /*
4294                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4295                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4296                  * so that we can identify them and convert them to something
4297                  * else.
4298                  */
4299                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4300
4301                 /*
4302                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4303                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4304                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4305                  * the situation worse
4306                  */
4307                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4308                 if (page)
4309                         goto got_pg;
4310
4311                 cond_resched();
4312                 goto retry;
4313         }
4314 fail:
4315         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4316                         "page allocation failure: order:%u", order);
4317 got_pg:
4318         return page;
4319 }
4320
4321 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4322                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4323                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4324                 unsigned int *alloc_flags)
4325 {
4326         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4327         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4328         ac->nodemask = nodemask;
4329         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4330
4331         if (cpusets_enabled()) {
4332                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4333                 if (!ac->nodemask)
4334                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4335                 else
4336                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4337         }
4338
4339         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4340         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4341
4342         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4343
4344         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4345                 return false;
4346
4347         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4348                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4349
4350         return true;
4351 }
4352
4353 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4354 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4355 {
4356         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4357         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4358
4359         /*
4360          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4361          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4362          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4363          */
4364         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4365                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4366 }
4367
4368 /*
4369  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4370  */
4371 struct page *
4372 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4373                                                         nodemask_t *nodemask)
4374 {
4375         struct page *page;
4376         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4377         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4378         struct alloc_context ac = { };
4379
4380         /*
4381          * There are several places where we assume that the order value is sane
4382          * so bail out early if the request is out of bound.
4383          */
4384         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4385                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4386                 return NULL;
4387         }
4388
4389         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4390         alloc_mask = gfp_mask;
4391         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4392                 return NULL;
4393
4394         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4395
4396         /* First allocation attempt */
4397         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4398         if (likely(page))
4399                 goto out;
4400
4401         /*
4402          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4403          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4404          * from a particular context which has been marked by
4405          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4406          */
4407         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4408         ac.spread_dirty_pages = false;
4409
4410         /*
4411          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4412          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4413          */
4414         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4415                 ac.nodemask = nodemask;
4416
4417         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4418
4419 out:
4420         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4421             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4422                 __free_pages(page, order);
4423                 page = NULL;
4424         }
4425
4426         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4427
4428         return page;
4429 }
4430 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4431
4432 /*
4433  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4434  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4435  * you need to access high mem.
4436  */
4437 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4438 {
4439         struct page *page;
4440
4441         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4442         if (!page)
4443                 return 0;
4444         return (unsigned long) page_address(page);
4445 }
4446 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4447
4448 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4449 {
4450         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4451 }
4452 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4453
4454 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4455 {
4456         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4457                 free_unref_page(page);
4458         else
4459                 __free_pages_ok(page, order);
4460 }
4461
4462 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4463 {
4464         if (put_page_testzero(page))
4465                 free_the_page(page, order);
4466 }
4467 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4468
4469 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4470 {
4471         if (addr != 0) {
4472                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4473                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4474         }
4475 }
4476
4477 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4478
4479 /*
4480  * Page Fragment:
4481  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4482  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4483  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4484  *
4485  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4486  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4487  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4488  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4489  */
4490 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4491                                              gfp_t gfp_mask)
4492 {
4493         struct page *page = NULL;
4494         gfp_t gfp = gfp_mask;
4495
4496 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4497         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4498                     __GFP_NOMEMALLOC;
4499         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4500                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4501         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4502 #endif
4503         if (unlikely(!page))
4504                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4505
4506         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4507
4508         return page;
4509 }
4510
4511 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4512 {
4513         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4514
4515         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4516                 free_the_page(page, compound_order(page));
4517 }
4518 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4519
4520 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4521                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4522 {
4523         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4524         struct page *page;
4525         int offset;
4526
4527         if (unlikely(!nc->va)) {
4528 refill:
4529                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4530                 if (!page)
4531                         return NULL;
4532
4533 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4534                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4535                 size = nc->size;
4536 #endif
4537                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4538                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4539                  */
4540                 page_ref_add(page, size);
4541
4542                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4543                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4544                 nc->pagecnt_bias = size + 1;
4545                 nc->offset = size;
4546         }
4547
4548         offset = nc->offset - fragsz;
4549         if (unlikely(offset < 0)) {
4550                 page = virt_to_page(nc->va);
4551
4552                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4553                         goto refill;
4554
4555 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4556                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4557                 size = nc->size;
4558 #endif
4559                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4560                 set_page_count(page, size + 1);
4561
4562                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4563                 nc->pagecnt_bias = size + 1;
4564                 offset = size - fragsz;
4565         }
4566
4567         nc->pagecnt_bias--;
4568         nc->offset = offset;
4569
4570         return nc->va + offset;
4571 }
4572 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4573
4574 /*
4575  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4576  */
4577 void page_frag_free(void *addr)
4578 {
4579         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4580
4581         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4582                 free_the_page(page, compound_order(page));
4583 }
4584 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4585
4586 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4587                 size_t size)
4588 {
4589         if (addr) {
4590                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4591                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4592
4593                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4594                 while (used < alloc_end) {
4595                         free_page(used);
4596                         used += PAGE_SIZE;
4597                 }
4598         }
4599         return (void *)addr;
4600 }
4601
4602 /**
4603  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4604  * @size: the number of bytes to allocate
4605  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4606  *
4607  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4608  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4609  * allocate memory in power-of-two pages.
4610  *
4611  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4612  *
4613  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4614  */
4615 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4616 {
4617         unsigned int order = get_order(size);
4618         unsigned long addr;
4619
4620         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4621         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4622 }
4623 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4624
4625 /**
4626  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4627  *                         pages on a node.
4628  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4629  * @size: the number of bytes to allocate
4630  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4631  *
4632  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4633  * back.
4634  */
4635 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4636 {
4637         unsigned int order = get_order(size);
4638         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4639         if (!p)
4640                 return NULL;
4641         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4642 }
4643
4644 /**
4645  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4646  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4647  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4648  *
4649  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4650  */
4651 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4652 {
4653         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4654         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4655
4656         while (addr < end) {
4657                 free_page(addr);
4658                 addr += PAGE_SIZE;
4659         }
4660 }
4661 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4662
4663 /**
4664  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4665  * @offset: The zone index of the highest zone
4666  *
4667  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4668  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4669  * zone, the number of pages is calculated as:
4670  *
4671  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4672  */
4673 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4674 {
4675         struct zoneref *z;
4676         struct zone *zone;
4677
4678         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4679         unsigned long sum = 0;
4680
4681         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4682
4683         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4684                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4685                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4686                 if (size > high)
4687                         sum += size - high;
4688         }
4689
4690         return sum;
4691 }
4692
4693 /**
4694  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4695  *
4696  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4697  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4698  */
4699 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4700 {
4701         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4702 }
4703 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4704
4705 /**
4706  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4707  *
4708  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4709  * high watermark within all zones.
4710  */
4711 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4712 {
4713         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4714 }
4715
4716 static inline void show_node(struct zone *zone)
4717 {
4718         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4719                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4720 }
4721
4722 long si_mem_available(void)
4723 {
4724         long available;
4725         unsigned long pagecache;
4726         unsigned long wmark_low = 0;
4727         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4728         struct zone *zone;
4729         int lru;
4730
4731         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4732                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4733
4734         for_each_zone(zone)
4735                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4736
4737         /*
4738          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4739          * without causing swapping.
4740          */
4741         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4742
4743         /*
4744          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4745          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4746          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4747          */
4748         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4749         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4750         available += pagecache;
4751
4752         /*
4753          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4754          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4755          */
4756         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4757                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4758                          wmark_low);
4759
4760         /*
4761          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4762          * pressure.
4763          */
4764         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4765                 PAGE_SHIFT;
4766
4767         if (available < 0)
4768                 available = 0;
4769         return available;
4770 }
4771 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4772
4773 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4774 {
4775         val->totalram = totalram_pages;
4776         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4777         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4778         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4779         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4780         val->freehigh = nr_free_highpages();
4781         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4782 }
4783
4784 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4785
4786 #ifdef CONFIG_NUMA
4787 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4788 {
4789         int zone_type;          /* needs to be signed */
4790         unsigned long managed_pages = 0;
4791         unsigned long managed_highpages = 0;
4792         unsigned long free_highpages = 0;
4793         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4794
4795         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4796                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4797         val->totalram = managed_pages;
4798         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4799         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4800 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4801         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4802                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4803
4804                 if (is_highmem(zone)) {
4805                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4806                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4807                 }
4808         }
4809         val->totalhigh = managed_highpages;
4810         val->freehigh = free_highpages;
4811 #else
4812         val->totalhigh = managed_highpages;
4813         val->freehigh = free_highpages;
4814 #endif
4815         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4816 }
4817 #endif
4818
4819 /*
4820  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4821  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4822  */
4823 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4824 {
4825         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4826                 return false;
4827
4828         /*
4829          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4830          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4831          * have to be precise here.
4832          */
4833         if (!nodemask)
4834                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4835
4836         return !node_isset(nid, *nodemask);
4837 }
4838
4839 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4840
4841 static void show_migration_types(unsigned char type)
4842 {
4843         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4844                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4845                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4846                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4847                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4848 #ifdef CONFIG_CMA
4849                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4850 #endif
4851 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4852                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4853 #endif
4854         };
4855         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4856         char *p = tmp;
4857         int i;
4858
4859         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4860                 if (type & (1 << i))
4861                         *p++ = types[i];
4862         }
4863
4864         *p = '\0';
4865         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4866 }
4867
4868 /*
4869  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4870  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4871  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4872  *
4873  * Bits in @filter:
4874  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4875  *   cpuset.
4876  */
4877 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4878 {
4879         unsigned long free_pcp = 0;
4880         int cpu;
4881         struct zone *zone;
4882         pg_data_t *pgdat;
4883
4884         for_each_populated_zone(zone) {
4885                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4886                         continue;
4887
4888                 for_each_online_cpu(cpu)
4889                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4890         }
4891
4892         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4893                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4894                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4895                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4896                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4897                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4898                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4899                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4900                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4901                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4902                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4903                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4904                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4905                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4906                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4907                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4908                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4909                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4910                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4911                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4912                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4913                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4914                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4915                 free_pcp,
4916                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4917
4918         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4919                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4920                         continue;
4921
4922                 printk("Node %d"
4923                         " active_anon:%lukB"
4924                         " inactive_anon:%lukB"
4925                         " active_file:%lukB"
4926                         " inactive_file:%lukB"
4927                         " unevictable:%lukB"
4928                         " isolated(anon):%lukB"
4929                         " isolated(file):%lukB"
4930                         " mapped:%lukB"
4931                         " dirty:%lukB"
4932                         " writeback:%lukB"
4933                         " shmem:%lukB"
4934 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4935                         " shmem_thp: %lukB"
4936                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4937                         " anon_thp: %lukB"
4938 #endif
4939                         " writeback_tmp:%lukB"
4940                         " unstable:%lukB"
4941                         " all_unreclaimable? %s"
4942                         "\n",
4943                         pgdat->node_id,
4944                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4945                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4946                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4947                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4948                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4949                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4950                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4951                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4952                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4953                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4954                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4955 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4956                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4957                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4958                                         * HPAGE_PMD_NR),
4959                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4960 #endif
4961                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4962                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4963                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4964                                 "yes" : "no");
4965         }
4966
4967         for_each_populated_zone(zone) {
4968                 int i;
4969
4970                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4971                         continue;
4972
4973                 free_pcp = 0;
4974                 for_each_online_cpu(cpu)
4975                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4976
4977                 show_node(zone);
4978                 printk(KERN_CONT
4979                         "%s"
4980                         " free:%lukB"
4981                         " min:%lukB"
4982                         " low:%lukB"
4983                         " high:%lukB"
4984                         " active_anon:%lukB"
4985                         " inactive_anon:%lukB"
4986                         " active_file:%lukB"
4987                         " inactive_file:%lukB"
4988                         " unevictable:%lukB"
4989                         " writepending:%lukB"
4990                         " present:%lukB"
4991                         " managed:%lukB"
4992                         " mlocked:%lukB"
4993                         " kernel_stack:%lukB"
4994                         " pagetables:%lukB"
4995                         " bounce:%lukB"
4996                         " free_pcp:%lukB"
4997                         " local_pcp:%ukB"
4998                         " free_cma:%lukB"
4999                         "\n",
5000                         zone->name,
5001                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5002                         K(min_wmark_pages(zone)),
5003                         K(low_wmark_pages(zone)),
5004                         K(high_wmark_pages(zone)),
5005                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5006                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5007                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5008                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5009                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5010                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5011                         K(zone->present_pages),
5012                         K(zone->managed_pages),
5013                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5014                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5015                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5016                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5017                         K(free_pcp),
5018                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5019                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5020                 printk("lowmem_reserve[]:");
5021                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5022                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5023                 printk(KERN_CONT "\n");
5024         }
5025
5026         for_each_populated_zone(zone) {
5027                 unsigned int order;
5028                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5029                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5030
5031                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5032                         continue;
5033                 show_node(zone);
5034                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5035
5036                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5037                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5038                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5039                         int type;
5040
5041                         nr[order] = area->nr_free;
5042                         total += nr[order] << order;
5043
5044                         types[order] = 0;
5045                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5046                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5047                                         types[order] |= 1 << type;
5048                         }
5049                 }
5050                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5051                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5052                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5053                                nr[order], K(1UL) << order);
5054                         if (nr[order])
5055                                 show_migration_types(types[order]);
5056                 }
5057                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5058         }
5059
5060         hugetlb_show_meminfo();
5061
5062         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5063
5064         show_swap_cache_info();
5065 }
5066
5067 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5068 {
5069         zoneref->zone = zone;
5070         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5071 }
5072
5073 /*
5074  * Builds allocation fallback zone lists.
5075  *
5076  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5077  */
5078 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5079 {
5080         struct zone *zone;
5081         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5082         int nr_zones = 0;
5083
5084         do {
5085                 zone_type--;
5086                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5087                 if (managed_zone(zone)) {
5088                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5089                         check_highest_zone(zone_type);
5090                 }
5091         } while (zone_type);
5092
5093         return nr_zones;
5094 }
5095
5096 #ifdef CONFIG_NUMA
5097
5098 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5099 {
5100         /*
5101          * We used to support different zonlists modes but they turned
5102          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5103          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5104          * not fail it silently
5105          */
5106         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5107                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5108                 return -EINVAL;
5109         }
5110         return 0;
5111 }
5112
5113 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5114 {
5115         if (!s)
5116                 return 0;
5117
5118         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5119 }
5120 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5121
5122 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5123
5124 /*
5125  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5126  */
5127 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5128                 void __user *buffer, size_t *length,
5129                 loff_t *ppos)
5130 {
5131         char *str;
5132         int ret;
5133
5134         if (!write)
5135                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5136         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5137         if (IS_ERR(str))
5138                 return PTR_ERR(str);
5139
5140         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5141         kfree(str);
5142         return ret;
5143 }
5144
5145
5146 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5147 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5148
5149 /**
5150  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5151  * @node: node whose fallback list we're appending
5152  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5153  *
5154  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5155  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5156  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5157  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5158  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5159  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5160  * on them otherwise.
5161  * It returns -1 if no node is found.
5162  */
5163 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5164 {
5165         int n, val;
5166         int min_val = INT_MAX;
5167         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5168         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5169
5170         /* Use the local node if we haven't already */
5171         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5172                 node_set(node, *used_node_mask);
5173                 return node;
5174         }
5175
5176         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5177
5178                 /* Don't want a node to appear more than once */
5179                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5180                         continue;
5181
5182                 /* Use the distance array to find the distance */
5183                 val = node_distance(node, n);
5184
5185                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5186                 val += (n < node);
5187
5188                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5189                 tmp = cpumask_of_node(n);
5190                 if (!cpumask_empty(tmp))
5191                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5192
5193                 /* Slight preference for less loaded node */
5194                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5195                 val += node_load[n];
5196
5197                 if (val < min_val) {
5198                         min_val = val;
5199                         best_node = n;
5200                 }
5201         }
5202
5203         if (best_node >= 0)
5204                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5205
5206         return best_node;
5207 }
5208
5209
5210 /*
5211  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5212  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5213  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5214  */
5215 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5216                 unsigned nr_nodes)
5217 {
5218         struct zoneref *zonerefs;
5219         int i;
5220
5221         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5222
5223         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5224                 int nr_zones;
5225
5226                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5227
5228                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5229                 zonerefs += nr_zones;
5230         }
5231         zonerefs->zone = NULL;
5232         zonerefs->zone_idx = 0;
5233 }
5234
5235 /*
5236  * Build gfp_thisnode zonelists
5237  */
5238 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5239 {
5240         struct zoneref *zonerefs;
5241         int nr_zones;
5242
5243         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5244         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5245         zonerefs += nr_zones;
5246         zonerefs->zone = NULL;
5247         zonerefs->zone_idx = 0;
5248 }
5249
5250 /*
5251  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5252  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5253  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5254  * may still exist in local DMA zone.
5255  */
5256
5257 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5258 {
5259         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5260         int node, load, nr_nodes = 0;
5261         nodemask_t used_mask;
5262         int local_node, prev_node;
5263
5264         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5265         local_node = pgdat->node_id;
5266         load = nr_online_nodes;
5267         prev_node = local_node;
5268         nodes_clear(used_mask);
5269
5270         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5271         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5272                 /*
5273                  * We don't want to pressure a particular node.
5274                  * So adding penalty to the first node in same
5275                  * distance group to make it round-robin.
5276                  */
5277                 if (node_distance(local_node, node) !=
5278                     node_distance(local_node, prev_node))
5279                         node_load[node] = load;
5280
5281                 node_order[nr_nodes++] = node;
5282                 prev_node = node;
5283                 load--;
5284         }
5285
5286         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5287         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5288 }
5289
5290 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5291 /*
5292  * Return node id of node used for "local" allocations.
5293  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5294  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5295  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5296  */
5297 int local_memory_node(int node)
5298 {
5299         struct zoneref *z;
5300
5301         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5302                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5303                                    NULL);
5304         return zone_to_nid(z->zone);
5305 }
5306 #endif
5307
5308 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5309 static void setup_min_slab_ratio(void);
5310 #else   /* CONFIG_NUMA */
5311
5312 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5313 {
5314         int node, local_node;
5315         struct zoneref *zonerefs;
5316         int nr_zones;
5317
5318         local_node = pgdat->node_id;
5319
5320         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5321         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5322         zonerefs += nr_zones;
5323
5324         /*
5325          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5326          * of all the other nodes.
5327          * We don't want to pressure a particular node, so when
5328          * building the zones for node N, we make sure that the
5329          * zones coming right after the local ones are those from
5330          * node N+1 (modulo N)
5331          */
5332         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5333                 if (!node_online(node))
5334                         continue;
5335                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5336                 zonerefs += nr_zones;
5337         }
5338         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5339                 if (!node_online(node))
5340                         continue;
5341                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5342                 zonerefs += nr_zones;
5343         }
5344
5345         zonerefs->zone = NULL;
5346         zonerefs->zone_idx = 0;
5347 }
5348
5349 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5350
5351 /*
5352  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5353  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5354  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5355  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5356  * with interrupts disabled.
5357  *
5358  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5359  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5360  * hotplugged processors.
5361  *
5362  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5363  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5364  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5365  */
5366 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5367 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5368 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5369
5370 static void __build_all_zonelists(void *data)
5371 {
5372         int nid;
5373         int __maybe_unused cpu;
5374         pg_data_t *self = data;
5375         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5376
5377         spin_lock(&lock);
5378
5379 #ifdef CONFIG_NUMA
5380         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5381 #endif
5382
5383         /*
5384          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5385          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5386          */
5387         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5388                 build_zonelists(self);
5389         } else {
5390                 for_each_online_node(nid) {
5391                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5392
5393                         build_zonelists(pgdat);
5394                 }
5395
5396 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5397                 /*
5398                  * We now know the "local memory node" for each node--
5399                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5400                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5401                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5402                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5403                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5404                  */
5405                 for_each_online_cpu(cpu)
5406                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5407 #endif
5408         }
5409
5410         spin_unlock(&lock);
5411 }
5412
5413 static noinline void __init
5414 build_all_zonelists_init(void)
5415 {
5416         int cpu;
5417
5418         __build_all_zonelists(NULL);
5419
5420         /*
5421          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5422          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5423          * each zone will be allocated later when the per cpu
5424          * allocator is available.
5425          *
5426          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5427          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5428          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5429          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5430          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5431          * (a chicken-egg dilemma).
5432          */
5433         for_each_possible_cpu(cpu)
5434                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5435
5436         mminit_verify_zonelist();
5437         cpuset_init_current_mems_allowed();
5438 }
5439
5440 /*
5441  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5442  *
5443  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5444  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5445  */
5446 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5447 {
5448         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5449                 build_all_zonelists_init();
5450         } else {
5451                 __build_all_zonelists(pgdat);
5452                 /* cpuset refresh routine should be here */
5453         }
5454         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5455         /*
5456          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5457          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5458          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5459          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5460          * disabled and enable it later
5461          */
5462         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5463                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5464         else
5465                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5466
5467         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5468                 nr_online_nodes,
5469                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5470                 vm_total_pages);
5471 #ifdef CONFIG_NUMA
5472         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5473 #endif
5474 }
5475
5476 /*
5477  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5478  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5479  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5480  */
5481 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5482                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5483                 struct vmem_altmap *altmap)
5484 {
5485         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5486         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5487         unsigned long pfn;
5488         unsigned long nr_initialised = 0;
5489         struct page *page;
5490 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5491         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5492 #endif
5493
5494         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5495                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5496
5497         /*
5498          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5499          * memory
5500          */
5501         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5502                 start_pfn += altmap->reserve;
5503
5504         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5505                 /*
5506                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5507                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5508                  */
5509                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5510                         goto not_early;
5511
5512                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5513                         continue;
5514                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5515                         continue;
5516                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5517                         break;
5518
5519 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5520                 /*
5521                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5522                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5523                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5524                  */
5525                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5526                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5527                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5528                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5529                                                 break;
5530                                 r = tmp;
5531                         }
5532                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5533                             memblock_is_mirror(r)) {
5534                                 /* already initialized as NORMAL */
5535                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5536                                 continue;
5537                         }
5538                 }
5539 #endif
5540
5541 not_early:
5542                 page = pfn_to_page(pfn);
5543                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5544                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5545                         SetPageReserved(page);
5546
5547                 /*
5548                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5549                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5550                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5551                  * the address space during boot when many long-lived
5552                  * kernel allocations are made.
5553                  *
5554                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5555                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5556                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5557                  * pfn out of zone.
5558                  *
5559                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5560                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5561                  */
5562                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5563                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5564                         cond_resched();
5565                 }
5566         }
5567 }
5568
5569 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5570 {
5571         unsigned int order, t;
5572         for_each_migratetype_order(order, t) {
5573                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5574                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5575         }
5576 }
5577
5578 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5579 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5580         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5581 #endif
5582
5583 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5584 {
5585 #ifdef CONFIG_MMU
5586         int batch;
5587
5588         /*
5589          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5590          * size of the zone.
5591          */
5592         batch = zone->managed_pages / 1024;
5593         /* But no more than a meg. */
5594         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5595                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5596         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5597         if (batch < 1)
5598                 batch = 1;
5599
5600         /*
5601          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5602          * of 2 value was found to be more likely to have
5603          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5604          *
5605          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5606          * batches of pages, one task can end up with a lot
5607          * of pages of one half of the possible page colors
5608          * and the other with pages of the other colors.
5609          */
5610         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5611
5612         return batch;
5613
5614 #else
5615         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5616          * conditions.
5617          *
5618          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5619          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5620          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5621          *
5622          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5623          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5624          * can be a significant delay between the individual batches being
5625          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5626          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5627          */
5628         return 0;
5629 #endif
5630 }
5631
5632 /*
5633  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5634  * ->batch must never be higher then ->high.
5635  * The following function updates them in a safe manner without read side
5636  * locking.
5637  *
5638  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5639  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5640  *
5641  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5642  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5643  * exist).
5644  */
5645 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5646                 unsigned long batch)
5647 {
5648        /* start with a fail safe value for batch */
5649         pcp->batch = 1;
5650         smp_wmb();
5651
5652        /* Update high, then batch, in order */
5653         pcp->high = high;
5654         smp_wmb();
5655
5656         pcp->batch = batch;
5657 }
5658
5659 /* a companion to pageset_set_high() */
5660 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5661 {
5662         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5663 }
5664
5665 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5666 {
5667         struct per_cpu_pages *pcp;
5668         int migratetype;
5669
5670         memset(p, 0, sizeof(*p));
5671
5672         pcp = &p->pcp;
5673         pcp->count = 0;
5674         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5675                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5676 }
5677
5678 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5679 {
5680         pageset_init(p);
5681         pageset_set_batch(p, batch);
5682 }
5683
5684 /*
5685  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5686  * to the value high for the pageset p.
5687  */
5688 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5689                                 unsigned long high)
5690 {
5691         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5692         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5693                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5694
5695         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5696 }
5697
5698 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5699                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5700 {
5701         if (percpu_pagelist_fraction)
5702                 pageset_set_high(pcp,
5703                         (zone->managed_pages /
5704                                 percpu_pagelist_fraction));
5705         else
5706                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5707 }
5708
5709 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5710 {
5711         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5712
5713         pageset_init(pcp);
5714         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5715 }
5716
5717 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5718 {
5719         int cpu;
5720         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5721         for_each_possible_cpu(cpu)
5722                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5723 }
5724
5725 /*
5726  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5727  * Before this call only boot pagesets were available.
5728  */
5729 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5730 {
5731         struct pglist_data *pgdat;
5732         struct zone *zone;
5733
5734         for_each_populated_zone(zone)
5735                 setup_zone_pageset(zone);
5736
5737         for_each_online_pgdat(pgdat)
5738                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5739                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5740 }
5741
5742 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5743 {
5744         /*
5745          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5746          * relies on the ability of the linker to provide the
5747          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5748          */
5749         zone->pageset = &boot_pageset;
5750
5751         if (populated_zone(zone))
5752                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5753                         zone->name, zone->present_pages,
5754                                          zone_batchsize(zone));
5755 }
5756
5757 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5758                                         unsigned long zone_start_pfn,
5759                                         unsigned long size)
5760 {
5761         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5762         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
5763
5764         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
5765                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
5766
5767         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5768
5769         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5770                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5771                         pgdat->node_id,
5772                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5773                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5774
5775         zone_init_free_lists(zone);
5776         zone->initialized = 1;
5777 }
5778
5779 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5780 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5781
5782 /*
5783  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5784  */
5785 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5786                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5787 {
5788         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5789         int nid;
5790
5791         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5792                 return state->last_nid;
5793
5794         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5795         if (nid != -1) {
5796                 state->last_start = start_pfn;
5797                 state->last_end = end_pfn;
5798                 state->last_nid = nid;
5799         }
5800
5801         return nid;
5802 }
5803 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5804
5805 /**
5806  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5807  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5808  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5809  *
5810  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5811  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5812  * memblock_free_early_nid() manually.
5813  */
5814 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5815 {
5816         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5817         int i, this_nid;
5818
5819         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5820                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5821                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5822
5823                 if (start_pfn < end_pfn)
5824                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5825                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5826                                         this_nid);
5827         }
5828 }
5829
5830 /**
5831  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5832  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5833  *
5834  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5835  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5836  */
5837 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5838 {
5839         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5840         int i, this_nid;
5841
5842         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5843                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5844 }
5845
5846 /**
5847  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5848  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5849  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5850  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5851  *
5852  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5853  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5854  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5855  * PFNs will be 0.
5856  */
5857 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5858                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5859 {
5860         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5861         int i;
5862
5863         *start_pfn = -1UL;
5864         *end_pfn = 0;
5865
5866         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5867                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5868                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5869         }
5870
5871         if (*start_pfn == -1UL)
5872                 *start_pfn = 0;
5873 }
5874
5875 /*
5876  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5877  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5878  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5879  */
5880 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5881 {
5882         int zone_index;
5883         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5884                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5885                         continue;
5886
5887                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5888                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5889                         break;
5890         }
5891
5892         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5893         movable_zone = zone_index;
5894 }
5895
5896 /*
5897  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5898  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5899  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5900  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5901  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5902  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5903  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5904  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5905  */
5906 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5907                                         unsigned long zone_type,
5908                                         unsigned long node_start_pfn,
5909                                         unsigned long node_end_pfn,
5910                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5911                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5912 {
5913         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5914         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5915                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5916                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5917                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5918                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5919                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5920
5921                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5922                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5923                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5924                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5925                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5926
5927                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5928                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5929                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5930         }
5931 }
5932
5933 /*
5934  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5935  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5936  */
5937 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5938                                         unsigned long zone_type,
5939                                         unsigned long node_start_pfn,
5940                                         unsigned long node_end_pfn,
5941                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5942                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5943                                         unsigned long *ignored)
5944 {
5945         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5946         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5947         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5948         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5949                 return 0;
5950
5951         /* Get the start and end of the zone */
5952         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5953         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5954         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5955                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5956                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5957
5958         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5959         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5960                 return 0;
5961
5962         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5963         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5964         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5965
5966         /* Return the spanned pages */
5967         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5968 }
5969
5970 /*
5971  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5972  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5973  */
5974 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5975                                 unsigned long range_start_pfn,
5976                                 unsigned long range_end_pfn)
5977 {
5978         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5979         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5980         int i;
5981
5982         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5983                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5984                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5985                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5986         }
5987         return nr_absent;
5988 }
5989
5990 /**
5991  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5992  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5993  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5994  *
5995  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5996  */
5997 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5998                                                         unsigned long end_pfn)
5999 {
6000         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6001 }
6002
6003 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6004 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6005                                         unsigned long zone_type,
6006                                         unsigned long node_start_pfn,
6007                                         unsigned long node_end_pfn,
6008                                         unsigned long *ignored)
6009 {
6010         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6011         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6012         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6013         unsigned long nr_absent;
6014
6015         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6016         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6017                 return 0;
6018
6019         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6020         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6021
6022         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6023                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6024                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6025         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6026
6027         /*
6028          * ZONE_MOVABLE handling.
6029          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6030          * and vice versa.
6031          */
6032         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6033                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6034                 struct memblock_region *r;
6035
6036                 for_each_memblock(memory, r) {
6037                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6038                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6039                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6040                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6041
6042                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6043                             memblock_is_mirror(r))
6044                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6045
6046                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6047                             !memblock_is_mirror(r))
6048                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6049                 }
6050         }
6051
6052         return nr_absent;
6053 }
6054
6055 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6056 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6057                                         unsigned long zone_type,
6058                                         unsigned long node_start_pfn,
6059                                         unsigned long node_end_pfn,
6060                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6061                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6062                                         unsigned long *zones_size)
6063 {
6064         unsigned int zone;
6065
6066         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6067         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6068                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6069
6070         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6071
6072         return zones_size[zone_type];
6073 }
6074
6075 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6076                                                 unsigned long zone_type,
6077                                                 unsigned long node_start_pfn,
6078                                                 unsigned long node_end_pfn,
6079                                                 unsigned long *zholes_size)
6080 {
6081         if (!zholes_size)
6082                 return 0;
6083
6084         return zholes_size[zone_type];
6085 }
6086
6087 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6088
6089 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6090                                                 unsigned long node_start_pfn,
6091                                                 unsigned long node_end_pfn,
6092                                                 unsigned long *zones_size,
6093                                                 unsigned long *zholes_size)
6094 {
6095         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6096         enum zone_type i;
6097
6098         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6099                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6100                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6101                 unsigned long size, real_size;
6102
6103                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6104                                                   node_start_pfn,
6105                                                   node_end_pfn,
6106                                                   &zone_start_pfn,
6107                                                   &zone_end_pfn,
6108                                                   zones_size);
6109                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6110                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6111                                                   zholes_size);
6112                 if (size)
6113                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6114                 else
6115                         zone->zone_start_pfn = 0;
6116                 zone->spanned_pages = size;
6117                 zone->present_pages = real_size;
6118
6119                 totalpages += size;
6120                 realtotalpages += real_size;
6121         }
6122
6123         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6124         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6125         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6126                                                         realtotalpages);
6127 }
6128
6129 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6130 /*
6131  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6132  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6133  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6134  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6135  * bytes.
6136  */
6137 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6138 {
6139         unsigned long usemapsize;
6140
6141         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6142         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6143         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6144         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6145         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6146
6147         return usemapsize / 8;
6148 }
6149
6150 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6151                                 struct zone *zone,
6152                                 unsigned long zone_start_pfn,
6153                                 unsigned long zonesize)
6154 {
6155         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6156         zone->pageblock_flags = NULL;
6157         if (usemapsize)
6158                 zone->pageblock_flags =
6159                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6160                                                          pgdat->node_id);
6161 }
6162 #else
6163 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6164                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6165 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6166
6167 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6168
6169 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6170 void __init set_pageblock_order(void)
6171 {
6172         unsigned int order;
6173
6174         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6175         if (pageblock_order)
6176                 return;
6177
6178         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6179                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6180         else
6181                 order = MAX_ORDER - 1;
6182
6183         /*
6184          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6185          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6186          * powerpc.
6187          */
6188         pageblock_order = order;
6189 }
6190 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6191
6192 /*
6193  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6194  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6195  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6196  * the kernel config
6197  */
6198 void __init set_pageblock_order(void)
6199 {
6200 }
6201
6202 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6203
6204 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6205                                                 unsigned long present_pages)
6206 {
6207         unsigned long pages = spanned_pages;
6208
6209         /*
6210          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6211          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6212          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6213          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6214          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6215          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6216          */
6217         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6218             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6219                 pages = present_pages;
6220
6221         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6222 }
6223
6224 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6225 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6226 {
6227         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6228         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6229         pgdat->split_queue_len = 0;
6230 }
6231 #else
6232 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6233 #endif
6234
6235 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6236 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6237 {
6238         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6239 }
6240 #else
6241 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6242 #endif
6243
6244 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6245 {
6246         pgdat_resize_init(pgdat);
6247
6248         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6249         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6250
6251         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6252         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6253
6254         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6255         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6256         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6257 }
6258
6259 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6260                                                         unsigned long remaining_pages)
6261 {
6262         zone->managed_pages = remaining_pages;
6263         zone_set_nid(zone, nid);
6264         zone->name = zone_names[idx];
6265         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6266         spin_lock_init(&zone->lock);
6267         zone_seqlock_init(zone);
6268         zone_pcp_init(zone);
6269 }
6270
6271 /*
6272  * Set up the zone data structures
6273  * - init pgdat internals
6274  * - init all zones belonging to this node
6275  *
6276  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6277  */
6278 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6279 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6280 {
6281         enum zone_type z;
6282         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6283
6284         pgdat_init_internals(pgdat);
6285         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6286                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6287 }
6288 #endif
6289
6290 /*
6291  * Set up the zone data structures:
6292  *   - mark all pages reserved
6293  *   - mark all memory queues empty
6294  *   - clear the memory bitmaps
6295  *
6296  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6297  * NOTE: this function is only called during early init.
6298  */
6299 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6300 {
6301         enum zone_type j;
6302         int nid = pgdat->node_id;
6303
6304         pgdat_init_internals(pgdat);
6305         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6306
6307         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6308                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6309                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6310                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6311
6312                 size = zone->spanned_pages;
6313                 freesize = zone->present_pages;
6314
6315                 /*
6316                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6317                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6318                  * and per-cpu initialisations
6319                  */
6320                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6321                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6322                         if (freesize >= memmap_pages) {
6323                                 freesize -= memmap_pages;
6324                                 if (memmap_pages)
6325                                         printk(KERN_DEBUG
6326                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6327                                                zone_names[j], memmap_pages);
6328                         } else
6329                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6330                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6331                 }
6332
6333                 /* Account for reserved pages */
6334                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6335                         freesize -= dma_reserve;
6336                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6337                                         zone_names[0], dma_reserve);
6338                 }
6339
6340                 if (!is_highmem_idx(j))
6341                         nr_kernel_pages += freesize;
6342                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6343                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6344                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6345                 nr_all_pages += freesize;
6346
6347                 /*
6348                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6349                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6350                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6351                  */
6352                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6353
6354                 if (!size)
6355                         continue;
6356
6357                 set_pageblock_order();
6358                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6359                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6360                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6361         }
6362 }
6363
6364 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6365 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6366 {
6367         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6368         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6369
6370         /* Skip empty nodes */
6371         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6372                 return;
6373
6374         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6375         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6376         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6377         if (!pgdat->node_mem_map) {
6378                 unsigned long size, end;
6379                 struct page *map;
6380
6381                 /*
6382                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6383                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6384                  * for the buddy allocator to function correctly.
6385                  */
6386                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6387                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6388                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6389                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6390                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6391         }
6392         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6393                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6394                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6395 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6396         /*
6397          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6398          */
6399         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6400                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6401 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6402                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6403                         mem_map -= offset;
6404 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6405         }
6406 #endif
6407 }
6408 #else
6409 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6410 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6411
6412 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6413 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6414 {
6415         /*
6416          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6417          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6418          */
6419         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6420                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6421         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6422 }
6423 #else
6424 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6425 #endif
6426
6427 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6428                                    unsigned long node_start_pfn,
6429                                    unsigned long *zholes_size)
6430 {
6431         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6432         unsigned long start_pfn = 0;
6433         unsigned long end_pfn = 0;
6434
6435         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6436         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6437
6438         pgdat->node_id = nid;
6439         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6440         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6441 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6442         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6443         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6444                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6445                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6446 #else
6447         start_pfn = node_start_pfn;
6448 #endif
6449         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6450                                   zones_size, zholes_size);
6451
6452         alloc_node_mem_map(pgdat);
6453         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6454
6455         free_area_init_core(pgdat);
6456 }
6457
6458 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6459 /*
6460  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6461  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6462  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6463  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6464  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6465  */
6466 void __init zero_resv_unavail(void)
6467 {
6468         phys_addr_t start, end;
6469         unsigned long pfn;
6470         u64 i, pgcnt;
6471
6472         /*
6473          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6474          * physical memory backing.
6475          */
6476         pgcnt = 0;
6477         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6478                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6479                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6480                                 pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6481                                         + pageblock_nr_pages - 1;
6482                                 continue;
6483                         }
6484                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6485                         pgcnt++;
6486                 }
6487         }
6488
6489         /*
6490          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6491          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6492          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6493          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6494          * this code can be removed.
6495          */
6496         if (pgcnt)
6497                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6498 }
6499 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6500
6501 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6502
6503 #if MAX_NUMNODES > 1
6504 /*
6505  * Figure out the number of possible node ids.
6506  */
6507 void __init setup_nr_node_ids(void)
6508 {
6509         unsigned int highest;
6510
6511         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6512         nr_node_ids = highest + 1;
6513 }
6514 #endif
6515
6516 /**
6517  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6518  *
6519  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6520  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6521  * all the nodes.
6522  *
6523  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6524  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6525  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6526  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6527  *
6528  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6529  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6530  * populated node map.
6531  *
6532  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6533  * requirement (single node).
6534  */
6535 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6536 {
6537         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6538         unsigned long start, end, mask;
6539         int last_nid = -1;
6540         int i, nid;
6541
6542         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6543                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6544                         last_nid = nid;
6545                         last_end = end;
6546                         continue;
6547                 }
6548
6549                 /*
6550                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6551                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6552                  * too coarse to separate the current node from the last.
6553                  */
6554                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6555                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6556                         mask <<= 1;
6557
6558                 /* accumulate all internode masks */
6559                 accl_mask |= mask;
6560         }
6561
6562         /* convert mask to number of pages */
6563         return ~accl_mask + 1;
6564 }
6565
6566 /* Find the lowest pfn for a node */
6567 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6568 {
6569         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6570         unsigned long start_pfn;
6571         int i;
6572
6573         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6574                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6575
6576         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6577                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6578                 return 0;
6579         }
6580
6581         return min_pfn;
6582 }
6583
6584 /**
6585  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6586  *
6587  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6588  * memblock_set_node().
6589  */
6590 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6591 {
6592         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6593 }
6594
6595 /*
6596  * early_calculate_totalpages()
6597  * Sum pages in active regions for movable zone.
6598  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6599  */
6600 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6601 {
6602         unsigned long totalpages = 0;
6603         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6604         int i, nid;
6605
6606         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6607                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6608
6609                 totalpages += pages;
6610                 if (pages)
6611                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6612         }
6613         return totalpages;
6614 }
6615
6616 /*
6617  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6618  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6619  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6620  * others
6621  */
6622 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6623 {
6624         int i, nid;
6625         unsigned long usable_startpfn;
6626         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6627         /* save the state before borrow the nodemask */
6628         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6629         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6630         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6631         struct memblock_region *r;
6632
6633         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6634         find_usable_zone_for_movable();
6635
6636         /*
6637          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6638          * options.
6639          */
6640         if (movable_node_is_enabled()) {
6641                 for_each_memblock(memory, r) {
6642                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6643                                 continue;
6644
6645                         nid = r->nid;
6646
6647                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6648                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6649                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6650                                 usable_startpfn;
6651                 }
6652
6653                 goto out2;
6654         }
6655
6656         /*
6657          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6658          */
6659         if (mirrored_kernelcore) {
6660                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6661
6662                 for_each_memblock(memory, r) {
6663                         if (memblock_is_mirror(r))
6664                                 continue;
6665
6666                         nid = r->nid;
6667
6668                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6669
6670                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6671                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6672                                 continue;
6673                         }
6674
6675                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6676                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6677                                 usable_startpfn;
6678                 }
6679
6680                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6681                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6682
6683                 goto out2;
6684         }
6685
6686         /*
6687          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6688          * amount of necessary memory.
6689          */
6690         if (required_kernelcore_percent)
6691                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6692                                        10000UL;
6693         if (required_movablecore_percent)
6694                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6695                                         10000UL;
6696
6697         /*
6698          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6699          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6700          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6701          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6702          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6703          * what movablecore would have allowed.
6704          */
6705         if (required_movablecore) {
6706                 unsigned long corepages;
6707
6708                 /*
6709                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6710                  * was requested by the user
6711                  */
6712                 required_movablecore =
6713                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6714                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6715                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6716
6717                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6718         }
6719
6720         /*
6721          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6722          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6723          */
6724         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6725                 goto out;
6726
6727         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6728         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6729
6730 restart:
6731         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6732         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6733         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6734                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6735
6736                 /*
6737                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6738                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6739                  * amount of memory for the kernel
6740                  */
6741                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6742                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6743
6744                 /*
6745                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6746                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6747                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6748                  */
6749                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6750
6751                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6752                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6753                         unsigned long size_pages;
6754
6755                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6756                         if (start_pfn >= end_pfn)
6757                                 continue;
6758
6759                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6760                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6761                                 unsigned long kernel_pages;
6762                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6763                                                                 - start_pfn;
6764
6765                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6766                                                         kernelcore_remaining);
6767                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6768                                                         required_kernelcore);
6769
6770                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6771                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6772
6773                                         /*
6774                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6775                                          * that if we have to rebalance
6776                                          * kernelcore across nodes, we will
6777                                          * not double account here
6778                                          */
6779                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6780                                         continue;
6781                                 }
6782                                 start_pfn = usable_startpfn;
6783                         }
6784
6785                         /*
6786                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6787                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6788                          * number of pages used as kernelcore
6789                          */
6790                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6791                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6792                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6793                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6794
6795                         /*
6796                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6797                          * break if the kernelcore for this node has been
6798                          * satisfied
6799                          */
6800                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6801                                                                 size_pages);
6802                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6803                         if (!kernelcore_remaining)
6804                                 break;
6805                 }
6806         }
6807
6808         /*
6809          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6810          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6811          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6812          * satisfied
6813          */
6814         usable_nodes--;
6815         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6816                 goto restart;
6817
6818 out2:
6819         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6820         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6821                 zone_movable_pfn[nid] =
6822                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6823
6824 out:
6825         /* restore the node_state */
6826         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6827 }
6828
6829 /* Any regular or high memory on that node ? */
6830 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6831 {
6832         enum zone_type zone_type;
6833
6834         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6835                 return;
6836
6837         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6838                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6839                 if (populated_zone(zone)) {
6840                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6841                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6842                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6843                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6844                         break;
6845                 }
6846         }
6847 }
6848
6849 /**
6850  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6851  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6852  *
6853  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6854  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6855  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6856  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6857  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6858  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6859  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6860  * at arch_max_dma_pfn.
6861  */
6862 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6863 {
6864         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6865         int i, nid;
6866
6867         /* Record where the zone boundaries are */
6868         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6869                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6870         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6871                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6872
6873         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6874
6875         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6876                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6877                         continue;
6878
6879                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6880                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6881                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6882
6883                 start_pfn = end_pfn;
6884         }
6885
6886         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6887         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6888         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6889
6890         /* Print out the zone ranges */
6891         pr_info("Zone ranges:\n");
6892         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6893                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6894                         continue;
6895                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6896                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6897                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6898                         pr_cont("empty\n");
6899                 else
6900                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6901                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6902                                         << PAGE_SHIFT,
6903                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6904                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6905         }
6906
6907         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6908         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6909         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6910                 if (zone_movable_pfn[i])
6911                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6912                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6913         }
6914
6915         /* Print out the early node map */
6916         pr_info("Early memory node ranges\n");
6917         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6918                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6919                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6920                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6921
6922         /* Initialise every node */
6923         mminit_verify_pageflags_layout();
6924         setup_nr_node_ids();
6925         zero_resv_unavail();
6926         for_each_online_node(nid) {
6927                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6928                 free_area_init_node(nid, NULL,
6929                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6930
6931                 /* Any memory on that node */
6932                 if (pgdat->node_present_pages)
6933                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6934                 check_for_memory(pgdat, nid);
6935         }
6936 }
6937
6938 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6939                                      unsigned long *percent)
6940 {
6941         unsigned long long coremem;
6942         char *endptr;
6943
6944         if (!p)
6945                 return -EINVAL;
6946
6947         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6948         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6949         if (*endptr == '%') {
6950                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6951                 WARN_ON(coremem > 100);
6952
6953                 *percent = coremem;
6954         } else {
6955                 coremem = memparse(p, &p);
6956                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6957                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6958
6959                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6960                 *percent = 0UL;
6961         }
6962         return 0;
6963 }
6964
6965 /*
6966  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6967  * cannot be reclaimed or migrated.
6968  */
6969 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6970 {
6971         /* parse kernelcore=mirror */
6972         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6973                 mirrored_kernelcore = true;
6974                 return 0;
6975         }
6976
6977         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6978                                   &required_kernelcore_percent);
6979 }
6980
6981 /*
6982  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6983  * can be reclaimed or migrated.
6984  */
6985 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6986 {
6987         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6988                                   &required_movablecore_percent);
6989 }
6990
6991 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6992 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6993
6994 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6995
6996 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6997 {
6998         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6999         page_zone(page)->managed_pages += count;
7000         totalram_pages += count;
7001 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7002         if (PageHighMem(page))
7003                 totalhigh_pages += count;
7004 #endif
7005         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
7006 }
7007 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7008
7009 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7010 {
7011         void *pos;
7012         unsigned long pages = 0;
7013
7014         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7015         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7016         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7017                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7018                 void *direct_map_addr;
7019
7020                 /*
7021                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7022                  * because some architectures' virt_to_page()
7023                  * work with aliases.  Getting the direct map
7024                  * address ensures that we get a _writeable_
7025                  * alias for the memset().
7026                  */
7027                 direct_map_addr = page_address(page);
7028                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7029                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7030
7031                 free_reserved_page(page);
7032         }
7033
7034         if (pages && s)
7035                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7036                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7037
7038         return pages;
7039 }
7040 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7041
7042 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7043 void free_highmem_page(struct page *page)
7044 {
7045         __free_reserved_page(page);
7046         totalram_pages++;
7047         page_zone(page)->managed_pages++;
7048         totalhigh_pages++;
7049 }
7050 #endif
7051
7052
7053 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7054 {
7055         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7056         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7057
7058         physpages = get_num_physpages();
7059         codesize = _etext - _stext;
7060         datasize = _edata - _sdata;
7061         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7062         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7063         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7064         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7065
7066         /*
7067          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7068          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7069          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7070          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7071          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7072          */
7073 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7074         do { \
7075                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7076                         size -= adj; \
7077         } while (0)
7078
7079         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7080                      _sinittext, init_code_size);
7081         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7082         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7083         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7084         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7085
7086 #undef  adj_init_size
7087
7088         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7089 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7090                 ", %luK highmem"
7091 #endif
7092                 "%s%s)\n",
7093                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7094                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7095                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7096                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7097                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7098                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7099 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7100                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7101 #endif
7102                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7103 }
7104
7105 /**
7106  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7107  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7108  *
7109  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7110  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7111  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7112  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7113  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7114  * smaller per-cpu batchsize.
7115  */
7116 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7117 {
7118         dma_reserve = new_dma_reserve;
7119 }
7120
7121 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7122 {
7123         zero_resv_unavail();
7124         free_area_init_node(0, zones_size,
7125                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7126 }
7127
7128 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7129 {
7130
7131         lru_add_drain_cpu(cpu);
7132         drain_pages(cpu);
7133
7134         /*
7135          * Spill the event counters of the dead processor
7136          * into the current processors event counters.
7137          * This artificially elevates the count of the current
7138          * processor.
7139          */
7140         vm_events_fold_cpu(cpu);
7141
7142         /*
7143          * Zero the differential counters of the dead processor
7144          * so that the vm statistics are consistent.
7145          *
7146          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7147          * race with what we are doing.
7148          */
7149         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7150         return 0;
7151 }
7152
7153 void __init page_alloc_init(void)
7154 {
7155         int ret;
7156
7157         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7158                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7159                                         page_alloc_cpu_dead);
7160         WARN_ON(ret < 0);
7161 }
7162
7163 /*
7164  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7165  *      or min_free_kbytes changes.
7166  */
7167 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7168 {
7169         struct pglist_data *pgdat;
7170         unsigned long reserve_pages = 0;
7171         enum zone_type i, j;
7172
7173         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7174
7175                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7176
7177                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7178                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7179                         long max = 0;
7180
7181                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7182                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7183                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7184                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7185                         }
7186
7187                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7188                         max += high_wmark_pages(zone);
7189
7190                         if (max > zone->managed_pages)
7191                                 max = zone->managed_pages;
7192
7193                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7194
7195                         reserve_pages += max;
7196                 }
7197         }
7198         totalreserve_pages = reserve_pages;
7199 }
7200
7201 /*
7202  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7203  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7204  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7205  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7206  */
7207 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7208 {
7209         struct pglist_data *pgdat;
7210         enum zone_type j, idx;
7211
7212         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7213                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7214                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7215                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7216
7217                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7218
7219                         idx = j;
7220                         while (idx) {
7221                                 struct zone *lower_zone;
7222
7223                                 idx--;
7224                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7225
7226                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7227                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7228                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7229                                 } else {
7230                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7231                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7232                                 }
7233                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7234                         }
7235                 }
7236         }
7237
7238         /* update totalreserve_pages */
7239         calculate_totalreserve_pages();
7240 }
7241
7242 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7243 {
7244         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7245         unsigned long lowmem_pages = 0;
7246         struct zone *zone;
7247         unsigned long flags;
7248
7249         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7250         for_each_zone(zone) {
7251                 if (!is_highmem(zone))
7252                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7253         }
7254
7255         for_each_zone(zone) {
7256                 u64 tmp;
7257
7258                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7259                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7260                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7261                 if (is_highmem(zone)) {
7262                         /*
7263                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7264                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7265                          * value here.
7266                          *
7267                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7268                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7269                          * not be capped for highmem.
7270                          */
7271                         unsigned long min_pages;
7272
7273                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7274                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7275                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7276                 } else {
7277                         /*
7278                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7279                          * proportionate to the zone's size.
7280                          */
7281                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7282                 }
7283
7284                 /*
7285                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7286                  * scale factor in proportion to available memory, but
7287                  * ensure a minimum size on small systems.
7288                  */
7289                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7290                             mult_frac(zone->managed_pages,
7291                                       watermark_scale_factor, 10000));
7292
7293                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7294                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7295
7296                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7297         }
7298
7299         /* update totalreserve_pages */
7300         calculate_totalreserve_pages();
7301 }
7302
7303 /**
7304  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7305  * or when memory is hot-{added|removed}
7306  *
7307  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7308  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7309  */
7310 void setup_per_zone_wmarks(void)
7311 {
7312         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7313
7314         spin_lock(&lock);
7315         __setup_per_zone_wmarks();
7316         spin_unlock(&lock);
7317 }
7318
7319 /*
7320  * Initialise min_free_kbytes.
7321  *
7322  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7323  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7324  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7325  *
7326  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7327  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7328  *
7329  * which yields
7330  *
7331  * 16MB:        512k
7332  * 32MB:        724k
7333  * 64MB:        1024k
7334  * 128MB:       1448k
7335  * 256MB:       2048k
7336  * 512MB:       2896k
7337  * 1024MB:      4096k
7338  * 2048MB:      5792k
7339  * 4096MB:      8192k
7340  * 8192MB:      11584k
7341  * 16384MB:     16384k
7342  */
7343 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7344 {
7345         unsigned long lowmem_kbytes;
7346         int new_min_free_kbytes;
7347
7348         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7349         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7350
7351         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7352                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7353                 if (min_free_kbytes < 128)
7354                         min_free_kbytes = 128;
7355                 if (min_free_kbytes > 65536)
7356                         min_free_kbytes = 65536;
7357         } else {
7358                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7359                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7360         }
7361         setup_per_zone_wmarks();
7362         refresh_zone_stat_thresholds();
7363         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7364
7365 #ifdef CONFIG_NUMA
7366         setup_min_unmapped_ratio();
7367         setup_min_slab_ratio();
7368 #endif
7369
7370         return 0;
7371 }
7372 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7373
7374 /*
7375  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7376  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7377  *      changes.
7378  */
7379 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7380         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7381 {
7382         int rc;
7383
7384         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7385         if (rc)
7386                 return rc;
7387
7388         if (write) {
7389                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7390                 setup_per_zone_wmarks();
7391         }
7392         return 0;
7393 }
7394
7395 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7396         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7397 {
7398         int rc;
7399
7400         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7401         if (rc)
7402                 return rc;
7403
7404         if (write)
7405                 setup_per_zone_wmarks();
7406
7407         return 0;
7408 }
7409
7410 #ifdef CONFIG_NUMA
7411 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7412 {
7413         pg_data_t *pgdat;
7414         struct zone *zone;
7415
7416         for_each_online_pgdat(pgdat)
7417                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7418
7419         for_each_zone(zone)
7420                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7421                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7422 }
7423
7424
7425 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7426         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7427 {
7428         int rc;
7429
7430         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7431         if (rc)
7432                 return rc;
7433
7434         setup_min_unmapped_ratio();
7435
7436         return 0;
7437 }
7438
7439 static void setup_min_slab_ratio(void)
7440 {
7441         pg_data_t *pgdat;
7442         struct zone *zone;
7443
7444         for_each_online_pgdat(pgdat)
7445                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7446
7447         for_each_zone(zone)
7448                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7449                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7450 }
7451
7452 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7453         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7454 {
7455         int rc;
7456
7457         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7458         if (rc)
7459                 return rc;
7460
7461         setup_min_slab_ratio();
7462
7463         return 0;
7464 }
7465 #endif
7466
7467 /*
7468  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7469  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7470  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7471  *
7472  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7473  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7474  * if in function of the boot time zone sizes.
7475  */
7476 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7477         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7478 {
7479         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7480         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7481         return 0;
7482 }
7483
7484 /*
7485  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7486  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7487  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7488  */
7489 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7490         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7491 {
7492         struct zone *zone;
7493         int old_percpu_pagelist_fraction;
7494         int ret;
7495
7496         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7497         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7498
7499         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7500         if (!write || ret < 0)
7501                 goto out;
7502
7503         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7504         if (percpu_pagelist_fraction &&
7505             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7506                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7507                 ret = -EINVAL;
7508                 goto out;
7509         }
7510
7511         /* No change? */
7512         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7513                 goto out;
7514
7515         for_each_populated_zone(zone) {
7516                 unsigned int cpu;
7517
7518                 for_each_possible_cpu(cpu)
7519                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7520                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7521         }
7522 out:
7523         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7524         return ret;
7525 }
7526
7527 #ifdef CONFIG_NUMA
7528 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7529
7530 static int __init set_hashdist(char *str)
7531 {
7532         if (!str)
7533                 return 0;
7534         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7535         return 1;
7536 }
7537 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7538 #endif
7539
7540 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7541 /*
7542  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7543  * is not known to alloc_large_system_hash().
7544  */
7545 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7546 {
7547         return 0;
7548 }
7549 #endif
7550
7551 /*
7552  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7553  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7554  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7555  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7556  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7557  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7558  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7559  */
7560 #if __BITS_PER_LONG > 32
7561 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7562 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7563 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7564 #endif
7565
7566 /*
7567  * allocate a large system hash table from bootmem
7568  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7569  *   quantity of entries
7570  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7571  */
7572 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7573                                      unsigned long bucketsize,
7574                                      unsigned long numentries,
7575                                      int scale,
7576                                      int flags,
7577                                      unsigned int *_hash_shift,
7578                                      unsigned int *_hash_mask,
7579                                      unsigned long low_limit,
7580                                      unsigned long high_limit)
7581 {
7582         unsigned long long max = high_limit;
7583         unsigned long log2qty, size;
7584         void *table = NULL;
7585         gfp_t gfp_flags;
7586
7587         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7588         if (!numentries) {
7589                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7590                 numentries = nr_kernel_pages;
7591                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7592
7593                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7594                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7595                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7596
7597 #if __BITS_PER_LONG > 32
7598                 if (!high_limit) {
7599                         unsigned long adapt;
7600
7601                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7602                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7603                                 scale++;
7604                 }
7605 #endif
7606
7607                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7608                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7609                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7610                 else
7611                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7612
7613                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7614                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7615                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7616                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7617                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7618                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7619                                 BUG_ON(!numentries);
7620                         }
7621                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7622                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7623         }
7624         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7625
7626         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7627         if (max == 0) {
7628                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7629                 do_div(max, bucketsize);
7630         }
7631         max = min(max, 0x80000000ULL);
7632
7633         if (numentries < low_limit)
7634                 numentries = low_limit;
7635         if (numentries > max)
7636                 numentries = max;
7637
7638         log2qty = ilog2(numentries);
7639
7640         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7641         do {
7642                 size = bucketsize << log2qty;
7643                 if (flags & HASH_EARLY) {
7644                         if (flags & HASH_ZERO)
7645                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7646                         else
7647                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7648                 } else if (hashdist) {
7649                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7650                 } else {
7651                         /*
7652                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7653                          * some pages at the end of hash table which
7654                          * alloc_pages_exact() automatically does
7655                          */
7656                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7657                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7658                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7659                         }
7660                 }
7661         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7662
7663         if (!table)
7664                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7665
7666         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7667                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7668
7669         if (_hash_shift)
7670                 *_hash_shift = log2qty;
7671         if (_hash_mask)
7672                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7673
7674         return table;
7675 }
7676
7677 /*
7678  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7679  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7680  *
7681  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7682  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7683  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7684  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7685  */
7686 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7687                          int migratetype,
7688                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7689 {
7690         unsigned long pfn, iter, found;
7691
7692         /*
7693          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7694          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7695          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7696          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7697          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7698          */
7699
7700         /*
7701          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7702          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7703          * them movable here.
7704          */
7705         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7706                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7707                 return false;
7708
7709         pfn = page_to_pfn(page);
7710         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7711                 unsigned long check = pfn + iter;
7712
7713                 if (!pfn_valid_within(check))
7714                         continue;
7715
7716                 page = pfn_to_page(check);
7717
7718                 if (PageReserved(page))
7719                         goto unmovable;
7720
7721                 /*
7722                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
7723                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
7724                  * is movable.
7725                  */
7726                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7727                         continue;
7728
7729                 /*
7730                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7731                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7732                  * handle each tail page individually in migration.
7733                  */
7734                 if (PageHuge(page)) {
7735                         struct page *head = compound_head(page);
7736                         unsigned int skip_pages;
7737
7738                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
7739                                 goto unmovable;
7740
7741                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
7742                         iter += skip_pages - 1;
7743                         continue;
7744                 }
7745
7746                 /*
7747                  * We can't use page_count without pin a page
7748                  * because another CPU can free compound page.
7749                  * This check already skips compound tails of THP
7750                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7751                  */
7752                 if (!page_ref_count(page)) {
7753                         if (PageBuddy(page))
7754                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7755                         continue;
7756                 }
7757
7758                 /*
7759                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7760                  * page_count() is not 0.
7761                  */
7762                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7763                         continue;
7764
7765                 if (__PageMovable(page))
7766                         continue;
7767
7768                 if (!PageLRU(page))
7769                         found++;
7770                 /*
7771                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7772                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7773                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7774                  */
7775                 /*
7776                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7777                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7778                  *
7779                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7780                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7781                  * page at boot.
7782                  */
7783                 if (found > count)
7784                         goto unmovable;
7785         }
7786         return false;
7787 unmovable:
7788         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7789         return true;
7790 }
7791
7792 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7793
7794 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7795 {
7796         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7797                              pageblock_nr_pages) - 1);
7798 }
7799
7800 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7801 {
7802         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7803                                 pageblock_nr_pages));
7804 }
7805
7806 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7807 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7808                                         unsigned long start, unsigned long end)
7809 {
7810         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7811         unsigned long nr_reclaimed;
7812         unsigned long pfn = start;
7813         unsigned int tries = 0;
7814         int ret = 0;
7815
7816         migrate_prep();
7817
7818         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7819                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7820                         ret = -EINTR;
7821                         break;
7822                 }
7823
7824                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7825                         cc->nr_migratepages = 0;
7826                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7827                         if (!pfn) {
7828                                 ret = -EINTR;
7829                                 break;
7830                         }
7831                         tries = 0;
7832                 } else if (++tries == 5) {
7833                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7834                         break;
7835                 }
7836
7837                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7838                                                         &cc->migratepages);
7839                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7840
7841                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7842                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7843         }
7844         if (ret < 0) {
7845                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7846                 return ret;
7847         }
7848         return 0;
7849 }
7850
7851 /**
7852  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7853  * @start:      start PFN to allocate
7854  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7855  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7856  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7857  *                      in range must have the same migratetype and it must
7858  *                      be either of the two.
7859  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7860  *
7861  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7862  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7863  *
7864  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7865  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7866  * be modified by others.
7867  *
7868  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7869  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7870  * need to be freed with free_contig_range().
7871  */
7872 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7873                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7874 {
7875         unsigned long outer_start, outer_end;
7876         unsigned int order;
7877         int ret = 0;
7878
7879         struct compact_control cc = {
7880                 .nr_migratepages = 0,
7881                 .order = -1,
7882                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7883                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7884                 .ignore_skip_hint = true,
7885                 .no_set_skip_hint = true,
7886                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7887         };
7888         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7889
7890         /*
7891          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7892          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7893          * have different sizes, and due to the way page allocator
7894          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7895          * that page allocator won't try to merge buddies from
7896          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7897          * other migration type.
7898          *
7899          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7900          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7901          * we are interested in).  This will put all the pages in
7902          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7903          *
7904          * When this is done, we take the pages in range from page
7905          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7906          * page allocator will never consider using them.
7907          *
7908          * This lets us mark the pageblocks back as
7909          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7910          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7911          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7912          */
7913
7914         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7915                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7916                                        false);
7917         if (ret)
7918                 return ret;
7919
7920         /*
7921          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7922          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7923          * which will report the busy page.
7924          *
7925          * It is possible that busy pages could become available before
7926          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7927          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7928          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7929          */
7930         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7931         if (ret && ret != -EBUSY)
7932                 goto done;
7933         ret =0;
7934
7935         /*
7936          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7937          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7938          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7939          * What we are going to do is to allocate all pages from
7940          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7941          *
7942          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7943          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7944          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7945          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7946          * once this is done free the pages we are not interested in.
7947          *
7948          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7949          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7950          */
7951
7952         lru_add_drain_all();
7953         drain_all_pages(cc.zone);
7954
7955         order = 0;
7956         outer_start = start;
7957         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7958                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7959                         outer_start = start;
7960                         break;
7961                 }
7962                 outer_start &= ~0UL << order;
7963         }
7964
7965         if (outer_start != start) {
7966                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7967
7968                 /*
7969                  * outer_start page could be small order buddy page and
7970                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7971                  * in this case to report failed page properly
7972                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7973                  */
7974                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7975                         outer_start = start;
7976         }
7977
7978         /* Make sure the range is really isolated. */
7979         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7980                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7981                         __func__, outer_start, end);
7982                 ret = -EBUSY;
7983                 goto done;
7984         }
7985
7986         /* Grab isolated pages from freelists. */
7987         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7988         if (!outer_end) {
7989                 ret = -EBUSY;
7990                 goto done;
7991         }
7992
7993         /* Free head and tail (if any) */
7994         if (start != outer_start)
7995                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7996         if (end != outer_end)
7997                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7998
7999 done:
8000         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8001                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8002         return ret;
8003 }
8004
8005 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8006 {
8007         unsigned int count = 0;
8008
8009         for (; nr_pages--; pfn++) {
8010                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8011
8012                 count += page_count(page) != 1;
8013                 __free_page(page);
8014         }
8015         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8016 }
8017 #endif
8018
8019 /*
8020  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8021  * page high values need to be recalulated.
8022  */
8023 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8024 {
8025         unsigned cpu;
8026         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8027         for_each_possible_cpu(cpu)
8028                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8029                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8030         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8031 }
8032
8033 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8034 {
8035         unsigned long flags;
8036         int cpu;
8037         struct per_cpu_pageset *pset;
8038
8039         /* avoid races with drain_pages()  */
8040         local_irq_save(flags);
8041         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8042                 for_each_online_cpu(cpu) {
8043                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8044                         drain_zonestat(zone, pset);
8045                 }
8046                 free_percpu(zone->pageset);
8047                 zone->pageset = &boot_pageset;
8048         }
8049         local_irq_restore(flags);
8050 }
8051
8052 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8053 /*
8054  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8055  * before calling this.
8056  */
8057 void
8058 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8059 {
8060         struct page *page;
8061         struct zone *zone;
8062         unsigned int order, i;
8063         unsigned long pfn;
8064         unsigned long flags;
8065         /* find the first valid pfn */
8066         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8067                 if (pfn_valid(pfn))
8068                         break;
8069         if (pfn == end_pfn)
8070                 return;
8071         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8072         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8073         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8074         pfn = start_pfn;
8075         while (pfn < end_pfn) {
8076                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8077                         pfn++;
8078                         continue;
8079                 }
8080                 page = pfn_to_page(pfn);
8081                 /*
8082                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8083                  * page_count() is not 0.
8084                  */
8085                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8086                         pfn++;
8087                         SetPageReserved(page);
8088                         continue;
8089                 }
8090
8091                 BUG_ON(page_count(page));
8092                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8093                 order = page_order(page);
8094 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8095                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8096                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8097 #endif
8098                 list_del(&page->lru);
8099                 rmv_page_order(page);
8100                 zone->free_area[order].nr_free--;
8101                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8102                         SetPageReserved((page+i));
8103                 pfn += (1 << order);
8104         }
8105         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8106 }
8107 #endif
8108
8109 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8110 {
8111         struct zone *zone = page_zone(page);
8112         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8113         unsigned long flags;
8114         unsigned int order;
8115
8116         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8117         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8118                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8119
8120                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8121                         break;
8122         }
8123         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8124
8125         return order < MAX_ORDER;
8126 }
8127
8128 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8129 /*
8130  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8131  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8132  * allocation.
8133  */
8134 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8135 {
8136         struct zone *zone = page_zone(page);
8137         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8138         unsigned long flags;
8139         unsigned int order;
8140         bool hwpoisoned = false;
8141
8142         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8143         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8144                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8145
8146                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8147                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8148                                 hwpoisoned = true;
8149                         break;
8150                 }
8151         }
8152         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8153
8154         return hwpoisoned;
8155 }
8156 #endif