Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net
[platform/kernel/linux-starfive.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 #include <linux/psi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
101 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
102
103 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
104 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
105 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
106 #endif
107
108 /*
109  * Array of node states.
110  */
111 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
112         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
113         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
114 #ifndef CONFIG_NUMA
115         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
117         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
121 #endif  /* NUMA */
122 };
123 EXPORT_SYMBOL(node_states);
124
125 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
126 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
127
128 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
131
132 int percpu_pagelist_fraction;
133 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
134
135 /*
136  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
137  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
138  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
139  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
140  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
141  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
142  */
143 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
144 {
145         return page->index;
146 }
147
148 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
149 {
150         page->index = migratetype;
151 }
152
153 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
154 /*
155  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
156  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
157  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
158  * they should always be called with system_transition_mutex held
159  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
160  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
161  * with that modification).
162  */
163
164 static gfp_t saved_gfp_mask;
165
166 void pm_restore_gfp_mask(void)
167 {
168         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
169         if (saved_gfp_mask) {
170                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
171                 saved_gfp_mask = 0;
172         }
173 }
174
175 void pm_restrict_gfp_mask(void)
176 {
177         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
178         WARN_ON(saved_gfp_mask);
179         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
180         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
181 }
182
183 bool pm_suspended_storage(void)
184 {
185         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
186                 return false;
187         return true;
188 }
189 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
190
191 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
192 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
193 #endif
194
195 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
196
197 /*
198  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
199  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
200  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
201  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
202  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
203  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
204  *
205  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
206  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
207  */
208 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210         [ZONE_DMA] = 256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213         [ZONE_DMA32] = 256,
214 #endif
215         [ZONE_NORMAL] = 32,
216 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
217         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
218 #endif
219         [ZONE_MOVABLE] = 0,
220 };
221
222 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
223
224 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
226          "DMA",
227 #endif
228 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
229          "DMA32",
230 #endif
231          "Normal",
232 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
233          "HighMem",
234 #endif
235          "Movable",
236 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
237          "Device",
238 #endif
239 };
240
241 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
242         "Unmovable",
243         "Movable",
244         "Reclaimable",
245         "HighAtomic",
246 #ifdef CONFIG_CMA
247         "CMA",
248 #endif
249 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
250         "Isolate",
251 #endif
252 };
253
254 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
255         NULL,
256         free_compound_page,
257 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
258         free_huge_page,
259 #endif
260 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
261         free_transhuge_page,
262 #endif
263 };
264
265 int min_free_kbytes = 1024;
266 int user_min_free_kbytes = -1;
267 int watermark_scale_factor = 10;
268
269 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
270 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
271 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
272
273 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
274 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
276 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
277 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore __initdata;
279 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
280 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
281 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
282
283 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
284 int movable_zone;
285 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
286 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
287
288 #if MAX_NUMNODES > 1
289 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
290 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
291 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
292 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
293 #endif
294
295 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
296
297 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static bool __meminit
314 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
315 {
316         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
317
318         /*
319          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
320          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
321          */
322         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
323                 prev_end_pfn = end_pfn;
324                 nr_initialised = 0;
325         }
326
327         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
328         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
329                 return false;
330         nr_initialised++;
331         if ((nr_initialised > NODE_DATA(nid)->static_init_pgcnt) &&
332             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
333                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
334                 return true;
335         }
336         return false;
337 }
338 #else
339 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
340 {
341         return false;
342 }
343
344 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
345 {
346         return false;
347 }
348 #endif
349
350 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
351 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
352                                                         unsigned long pfn)
353 {
354 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
355         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
356 #else
357         return page_zone(page)->pageblock_flags;
358 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
359 }
360
361 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
362 {
363 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
364         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
365         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
366 #else
367         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
368         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
369 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
370 }
371
372 /**
373  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
374  * @page: The page within the block of interest
375  * @pfn: The target page frame number
376  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
377  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
378  *
379  * Return: pageblock_bits flags
380  */
381 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
382                                         unsigned long pfn,
383                                         unsigned long end_bitidx,
384                                         unsigned long mask)
385 {
386         unsigned long *bitmap;
387         unsigned long bitidx, word_bitidx;
388         unsigned long word;
389
390         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
391         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
392         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
393         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
394
395         word = bitmap[word_bitidx];
396         bitidx += end_bitidx;
397         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
398 }
399
400 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
401                                         unsigned long end_bitidx,
402                                         unsigned long mask)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
405 }
406
407 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
410 }
411
412 /**
413  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
414  * @page: The page within the block of interest
415  * @flags: The flags to set
416  * @pfn: The target page frame number
417  * @end_bitidx: The last bit of interest
418  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
419  */
420 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
421                                         unsigned long pfn,
422                                         unsigned long end_bitidx,
423                                         unsigned long mask)
424 {
425         unsigned long *bitmap;
426         unsigned long bitidx, word_bitidx;
427         unsigned long old_word, word;
428
429         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
430
431         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
432         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
433         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
434         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
435
436         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
437
438         bitidx += end_bitidx;
439         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
440         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
441
442         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
443         for (;;) {
444                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
445                 if (word == old_word)
446                         break;
447                 word = old_word;
448         }
449 }
450
451 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
452 {
453         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
454                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
455                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
456
457         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
458                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
459 }
460
461 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
462 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
463 {
464         int ret = 0;
465         unsigned seq;
466         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
467         unsigned long sp, start_pfn;
468
469         do {
470                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
471                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
472                 sp = zone->spanned_pages;
473                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
474                         ret = 1;
475         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
476
477         if (ret)
478                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
479                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
480                         start_pfn, start_pfn + sp);
481
482         return ret;
483 }
484
485 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
486 {
487         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
488                 return 0;
489         if (zone != page_zone(page))
490                 return 0;
491
492         return 1;
493 }
494 /*
495  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
496  */
497 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
498 {
499         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
500                 return 1;
501         if (!page_is_consistent(zone, page))
502                 return 1;
503
504         return 0;
505 }
506 #else
507 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
508 {
509         return 0;
510 }
511 #endif
512
513 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
514                 unsigned long bad_flags)
515 {
516         static unsigned long resume;
517         static unsigned long nr_shown;
518         static unsigned long nr_unshown;
519
520         /*
521          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
522          * or allow a steady drip of one report per second.
523          */
524         if (nr_shown == 60) {
525                 if (time_before(jiffies, resume)) {
526                         nr_unshown++;
527                         goto out;
528                 }
529                 if (nr_unshown) {
530                         pr_alert(
531                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
532                                 nr_unshown);
533                         nr_unshown = 0;
534                 }
535                 nr_shown = 0;
536         }
537         if (nr_shown++ == 0)
538                 resume = jiffies + 60 * HZ;
539
540         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
541                 current->comm, page_to_pfn(page));
542         __dump_page(page, reason);
543         bad_flags &= page->flags;
544         if (bad_flags)
545                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
546                                                 bad_flags, &bad_flags);
547         dump_page_owner(page);
548
549         print_modules();
550         dump_stack();
551 out:
552         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
553         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
554         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
555 }
556
557 /*
558  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
559  *
560  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
561  *
562  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
563  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
564  *
565  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
566  * page destructors. See compound_page_dtors.
567  *
568  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
569  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
570  */
571
572 void free_compound_page(struct page *page)
573 {
574         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
575 }
576
577 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
578 {
579         int i;
580         int nr_pages = 1 << order;
581
582         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
583         set_compound_order(page, order);
584         __SetPageHead(page);
585         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
586                 struct page *p = page + i;
587                 set_page_count(p, 0);
588                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
589                 set_compound_head(p, page);
590         }
591         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
592 }
593
594 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
595 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
596 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
597                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
598 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
599 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
600
601 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
602 {
603         if (!buf)
604                 return -EINVAL;
605         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
606 }
607 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
608
609 static bool need_debug_guardpage(void)
610 {
611         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
612         if (!debug_pagealloc_enabled())
613                 return false;
614
615         if (!debug_guardpage_minorder())
616                 return false;
617
618         return true;
619 }
620
621 static void init_debug_guardpage(void)
622 {
623         if (!debug_pagealloc_enabled())
624                 return;
625
626         if (!debug_guardpage_minorder())
627                 return;
628
629         _debug_guardpage_enabled = true;
630 }
631
632 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
633         .need = need_debug_guardpage,
634         .init = init_debug_guardpage,
635 };
636
637 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
638 {
639         unsigned long res;
640
641         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
642                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
643                 return 0;
644         }
645         _debug_guardpage_minorder = res;
646         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
647         return 0;
648 }
649 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
650
651 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
652                                 unsigned int order, int migratetype)
653 {
654         struct page_ext *page_ext;
655
656         if (!debug_guardpage_enabled())
657                 return false;
658
659         if (order >= debug_guardpage_minorder())
660                 return false;
661
662         page_ext = lookup_page_ext(page);
663         if (unlikely(!page_ext))
664                 return false;
665
666         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
667
668         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
669         set_page_private(page, order);
670         /* Guard pages are not available for any usage */
671         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
672
673         return true;
674 }
675
676 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
677                                 unsigned int order, int migratetype)
678 {
679         struct page_ext *page_ext;
680
681         if (!debug_guardpage_enabled())
682                 return;
683
684         page_ext = lookup_page_ext(page);
685         if (unlikely(!page_ext))
686                 return;
687
688         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
689
690         set_page_private(page, 0);
691         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
692                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
693 }
694 #else
695 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
696 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
697                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
698 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
699                                 unsigned int order, int migratetype) {}
700 #endif
701
702 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         set_page_private(page, order);
705         __SetPageBuddy(page);
706 }
707
708 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
709 {
710         __ClearPageBuddy(page);
711         set_page_private(page, 0);
712 }
713
714 /*
715  * This function checks whether a page is free && is the buddy
716  * we can coalesce a page and its buddy if
717  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
718  * (b) the buddy is in the buddy system &&
719  * (c) a page and its buddy have the same order &&
720  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
721  *
722  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
723  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
724  *
725  * For recording page's order, we use page_private(page).
726  */
727 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
728                                                         unsigned int order)
729 {
730         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
731                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
732                         return 0;
733
734                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
735
736                 return 1;
737         }
738
739         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
740                 /*
741                  * zone check is done late to avoid uselessly
742                  * calculating zone/node ids for pages that could
743                  * never merge.
744                  */
745                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
746                         return 0;
747
748                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
749
750                 return 1;
751         }
752         return 0;
753 }
754
755 /*
756  * Freeing function for a buddy system allocator.
757  *
758  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
759  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
760  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
761  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
762  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
763  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
764  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
765  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
766  * parts of the VM system.
767  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
768  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
769  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
770  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
771  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
772  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
773  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
774  * triggers coalescing into a block of larger size.
775  *
776  * -- nyc
777  */
778
779 static inline void __free_one_page(struct page *page,
780                 unsigned long pfn,
781                 struct zone *zone, unsigned int order,
782                 int migratetype)
783 {
784         unsigned long combined_pfn;
785         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
786         struct page *buddy;
787         unsigned int max_order;
788
789         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
790
791         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
792         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
793
794         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
795         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
796                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
797
798         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
799         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
800
801 continue_merging:
802         while (order < max_order - 1) {
803                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
804                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
805
806                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
807                         goto done_merging;
808                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
809                         goto done_merging;
810                 /*
811                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
812                  * merge with it and move up one order.
813                  */
814                 if (page_is_guard(buddy)) {
815                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
816                 } else {
817                         list_del(&buddy->lru);
818                         zone->free_area[order].nr_free--;
819                         rmv_page_order(buddy);
820                 }
821                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
822                 page = page + (combined_pfn - pfn);
823                 pfn = combined_pfn;
824                 order++;
825         }
826         if (max_order < MAX_ORDER) {
827                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
828                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
829                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
830                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
831                  *
832                  * We don't want to hit this code for the more frequent
833                  * low-order merging.
834                  */
835                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
836                         int buddy_mt;
837
838                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
839                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
840                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
841
842                         if (migratetype != buddy_mt
843                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
844                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
845                                 goto done_merging;
846                 }
847                 max_order++;
848                 goto continue_merging;
849         }
850
851 done_merging:
852         set_page_order(page, order);
853
854         /*
855          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
856          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
857          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
858          * that is happening, add the free page to the tail of the list
859          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
860          * as a higher order page
861          */
862         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
863                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
864                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
865                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
866                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
867                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
868                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
869                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
870                         list_add_tail(&page->lru,
871                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
872                         goto out;
873                 }
874         }
875
876         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
877 out:
878         zone->free_area[order].nr_free++;
879 }
880
881 /*
882  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
883  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
884  * check if necessary.
885  */
886 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
887                                         unsigned long check_flags)
888 {
889         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
890                 return false;
891
892         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
893                         page_ref_count(page) |
894 #ifdef CONFIG_MEMCG
895                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
896 #endif
897                         (page->flags & check_flags)))
898                 return false;
899
900         return true;
901 }
902
903 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
904 {
905         const char *bad_reason;
906         unsigned long bad_flags;
907
908         bad_reason = NULL;
909         bad_flags = 0;
910
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 bad_reason = "nonzero mapcount";
913         if (unlikely(page->mapping != NULL))
914                 bad_reason = "non-NULL mapping";
915         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
916                 bad_reason = "nonzero _refcount";
917         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
918                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
919                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
920         }
921 #ifdef CONFIG_MEMCG
922         if (unlikely(page->mem_cgroup))
923                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
924 #endif
925         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
926 }
927
928 static inline int free_pages_check(struct page *page)
929 {
930         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
931                 return 0;
932
933         /* Something has gone sideways, find it */
934         free_pages_check_bad(page);
935         return 1;
936 }
937
938 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
939 {
940         int ret = 1;
941
942         /*
943          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
944          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
945          */
946         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
947
948         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
949                 ret = 0;
950                 goto out;
951         }
952         switch (page - head_page) {
953         case 1:
954                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
955                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
956                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         case 2:
961                 /*
962                  * the second tail page: ->mapping is
963                  * deferred_list.next -- ignore value.
964                  */
965                 break;
966         default:
967                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
968                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
969                         goto out;
970                 }
971                 break;
972         }
973         if (unlikely(!PageTail(page))) {
974                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
975                 goto out;
976         }
977         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
978                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
979                 goto out;
980         }
981         ret = 0;
982 out:
983         page->mapping = NULL;
984         clear_compound_head(page);
985         return ret;
986 }
987
988 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
989                                         unsigned int order, bool check_free)
990 {
991         int bad = 0;
992
993         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
994
995         trace_mm_page_free(page, order);
996
997         /*
998          * Check tail pages before head page information is cleared to
999          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1000          */
1001         if (unlikely(order)) {
1002                 bool compound = PageCompound(page);
1003                 int i;
1004
1005                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1006
1007                 if (compound)
1008                         ClearPageDoubleMap(page);
1009                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1010                         if (compound)
1011                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1012                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1013                                 bad++;
1014                                 continue;
1015                         }
1016                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1017                 }
1018         }
1019         if (PageMappingFlags(page))
1020                 page->mapping = NULL;
1021         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1022                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1023         if (check_free)
1024                 bad += free_pages_check(page);
1025         if (bad)
1026                 return false;
1027
1028         page_cpupid_reset_last(page);
1029         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1030         reset_page_owner(page, order);
1031
1032         if (!PageHighMem(page)) {
1033                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1036                                            PAGE_SIZE << order);
1037         }
1038         arch_free_page(page, order);
1039         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1040         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1041         kasan_free_pages(page, order);
1042
1043         return true;
1044 }
1045
1046 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1047 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1048 {
1049         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1050 }
1051
1052 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1053 {
1054         return false;
1055 }
1056 #else
1057 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1060 }
1061
1062 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return free_pages_check(page);
1065 }
1066 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1067
1068 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1069 {
1070         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1071         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1072         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1073
1074         prefetch(buddy);
1075 }
1076
1077 /*
1078  * Frees a number of pages from the PCP lists
1079  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1080  * count is the number of pages to free.
1081  *
1082  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1083  * see if this freeing clears that state.
1084  *
1085  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1086  * pinned" detection logic.
1087  */
1088 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1089                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1090 {
1091         int migratetype = 0;
1092         int batch_free = 0;
1093         int prefetch_nr = 0;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095         struct page *page, *tmp;
1096         LIST_HEAD(head);
1097
1098         while (count) {
1099                 struct list_head *list;
1100
1101                 /*
1102                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1103                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1104                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1105                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1106                  * lists
1107                  */
1108                 do {
1109                         batch_free++;
1110                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1111                                 migratetype = 0;
1112                         list = &pcp->lists[migratetype];
1113                 } while (list_empty(list));
1114
1115                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1116                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1117                         batch_free = count;
1118
1119                 do {
1120                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1121                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1122                         list_del(&page->lru);
1123                         pcp->count--;
1124
1125                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1126                                 continue;
1127
1128                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1129
1130                         /*
1131                          * We are going to put the page back to the global
1132                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1133                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1134                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1135                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1136                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1137                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1138                          */
1139                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1140                                 prefetch_buddy(page);
1141                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1142         }
1143
1144         spin_lock(&zone->lock);
1145         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1146
1147         /*
1148          * Use safe version since after __free_one_page(),
1149          * page->lru.next will not point to original list.
1150          */
1151         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1152                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1153                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1154                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1155                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1156                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1157                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1158
1159                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1160                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1161         }
1162         spin_unlock(&zone->lock);
1163 }
1164
1165 static void free_one_page(struct zone *zone,
1166                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1167                                 unsigned int order,
1168                                 int migratetype)
1169 {
1170         spin_lock(&zone->lock);
1171         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1172                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1173                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1174         }
1175         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1176         spin_unlock(&zone->lock);
1177 }
1178
1179 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1180                                 unsigned long zone, int nid)
1181 {
1182         mm_zero_struct_page(page);
1183         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1184         init_page_count(page);
1185         page_mapcount_reset(page);
1186         page_cpupid_reset_last(page);
1187
1188         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1189 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1190         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1191         if (!is_highmem_idx(zone))
1192                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1193 #endif
1194 }
1195
1196 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1197 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1198 {
1199         pg_data_t *pgdat;
1200         int nid, zid;
1201
1202         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1203                 return;
1204
1205         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1206         pgdat = NODE_DATA(nid);
1207
1208         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1209                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1210
1211                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1212                         break;
1213         }
1214         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1215 }
1216 #else
1217 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1218 {
1219 }
1220 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1221
1222 /*
1223  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1224  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1225  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1226  * sent to the buddy page allocator.
1227  */
1228 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1229 {
1230         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1231         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1232
1233         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1234                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1235                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1236
1237                         init_reserved_page(start_pfn);
1238
1239                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1240                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1241
1242                         /*
1243                          * no need for atomic set_bit because the struct
1244                          * page is not visible yet so nobody should
1245                          * access it yet.
1246                          */
1247                         __SetPageReserved(page);
1248                 }
1249         }
1250 }
1251
1252 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1253 {
1254         unsigned long flags;
1255         int migratetype;
1256         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1257
1258         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1259                 return;
1260
1261         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1262         local_irq_save(flags);
1263         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1264         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1265         local_irq_restore(flags);
1266 }
1267
1268 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1269 {
1270         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1271         struct page *p = page;
1272         unsigned int loop;
1273
1274         prefetchw(p);
1275         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1276                 prefetchw(p + 1);
1277                 __ClearPageReserved(p);
1278                 set_page_count(p, 0);
1279         }
1280         __ClearPageReserved(p);
1281         set_page_count(p, 0);
1282
1283         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1284         set_page_refcounted(page);
1285         __free_pages(page, order);
1286 }
1287
1288 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1289         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1290
1291 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1292
1293 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1294 {
1295         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1296         int nid;
1297
1298         spin_lock(&early_pfn_lock);
1299         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1300         if (nid < 0)
1301                 nid = first_online_node;
1302         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1303
1304         return nid;
1305 }
1306 #endif
1307
1308 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1309 static inline bool __meminit __maybe_unused
1310 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1311                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1312 {
1313         int nid;
1314
1315         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1316         if (nid >= 0 && nid != node)
1317                 return false;
1318         return true;
1319 }
1320
1321 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1322 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1323 {
1324         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1325 }
1326
1327 #else
1328
1329 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1330 {
1331         return true;
1332 }
1333 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1334 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1335                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1336 {
1337         return true;
1338 }
1339 #endif
1340
1341
1342 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1343                                                         unsigned int order)
1344 {
1345         if (early_page_uninitialised(pfn))
1346                 return;
1347         return __free_pages_boot_core(page, order);
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1352  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1353  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1354  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1355  * pageblocks.
1356  *
1357  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1358  *
1359  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1360  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1361  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1362  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1363  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1364  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1365  * page in a pageblock.
1366  */
1367 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1368                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1369 {
1370         struct page *start_page;
1371         struct page *end_page;
1372
1373         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1374         end_pfn--;
1375
1376         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1377                 return NULL;
1378
1379         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1380         if (!start_page)
1381                 return NULL;
1382
1383         if (page_zone(start_page) != zone)
1384                 return NULL;
1385
1386         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1387
1388         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1389         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1390                 return NULL;
1391
1392         return start_page;
1393 }
1394
1395 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1396 {
1397         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1398         unsigned long block_end_pfn;
1399
1400         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1401         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1402                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1403                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1404
1405                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1406
1407                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1408                                              block_end_pfn, zone))
1409                         return;
1410         }
1411
1412         /* We confirm that there is no hole */
1413         zone->contiguous = true;
1414 }
1415
1416 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1417 {
1418         zone->contiguous = false;
1419 }
1420
1421 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1422 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1423                                        unsigned long nr_pages)
1424 {
1425         struct page *page;
1426         unsigned long i;
1427
1428         if (!nr_pages)
1429                 return;
1430
1431         page = pfn_to_page(pfn);
1432
1433         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1434         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1435             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1436                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1437                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1438                 return;
1439         }
1440
1441         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1442                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1443                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1444                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1445         }
1446 }
1447
1448 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1449 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1450 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1451
1452 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1453 {
1454         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1455                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1456 }
1457
1458 /*
1459  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1460  *
1461  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1462  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1463  * function is optimized out.
1464  *
1465  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1466  * of the head pfn.
1467  *
1468  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1469  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1470  * to this memory node.
1471  */
1472 static inline bool __init
1473 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1474                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1475 {
1476         if (!pfn_valid_within(pfn))
1477                 return false;
1478         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1479                 return false;
1480         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1481                 return false;
1482         return true;
1483 }
1484
1485 /*
1486  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1487  * pageblock_nr_pages sizes.
1488  */
1489 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1490                                        unsigned long end_pfn)
1491 {
1492         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1493         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1494         unsigned long nr_free = 0;
1495
1496         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1497                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1498                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1499                         nr_free = 0;
1500                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1501                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1502                         nr_free = 1;
1503                         touch_nmi_watchdog();
1504                 } else {
1505                         nr_free++;
1506                 }
1507         }
1508         /* Free the last block of pages to allocator */
1509         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1510 }
1511
1512 /*
1513  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1514  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1515  * Return number of pages initialized.
1516  */
1517 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1518                                                  unsigned long pfn,
1519                                                  unsigned long end_pfn)
1520 {
1521         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1522         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1523         unsigned long nr_pages = 0;
1524         struct page *page = NULL;
1525
1526         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1527                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1528                         page = NULL;
1529                         continue;
1530                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1531                         page = pfn_to_page(pfn);
1532                         touch_nmi_watchdog();
1533                 } else {
1534                         page++;
1535                 }
1536                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1537                 nr_pages++;
1538         }
1539         return (nr_pages);
1540 }
1541
1542 /* Initialise remaining memory on a node */
1543 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1544 {
1545         pg_data_t *pgdat = data;
1546         int nid = pgdat->node_id;
1547         unsigned long start = jiffies;
1548         unsigned long nr_pages = 0;
1549         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1550         phys_addr_t spa, epa;
1551         int zid;
1552         struct zone *zone;
1553         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1554         u64 i;
1555
1556         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1557         if (!cpumask_empty(cpumask))
1558                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1559
1560         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1561         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1562         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1563                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1564                 pgdat_init_report_one_done();
1565                 return 0;
1566         }
1567
1568         /* Sanity check boundaries */
1569         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1570         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1571         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1572
1573         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1574         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1575                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1576                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1577                         break;
1578         }
1579         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1580
1581         /*
1582          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1583          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1584          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1585          * page in __free_one_page()).
1586          */
1587         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1588                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1589                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1590                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1591         }
1592         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1593                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1594                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1595                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1596         }
1597         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1598
1599         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1600         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1601
1602         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1603                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1604
1605         pgdat_init_report_one_done();
1606         return 0;
1607 }
1608
1609 /*
1610  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1611  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1612  * and we can permanently disable that path.
1613  */
1614 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1615
1616 /*
1617  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1618  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1619  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1620  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1621  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1622  *
1623  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1624  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1625  * enough pages to satisfy the allocation.
1626  *
1627  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1628  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1629  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1630  */
1631 static noinline bool __init
1632 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1633 {
1634         int zid = zone_idx(zone);
1635         int nid = zone_to_nid(zone);
1636         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1637         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1638         unsigned long nr_pages = 0;
1639         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1640         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1641         phys_addr_t spa, epa;
1642         u64 i;
1643
1644         /* Only the last zone may have deferred pages */
1645         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1646                 return false;
1647
1648         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1649
1650         /*
1651          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1652          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1653          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1654          * has this static branch.
1655          */
1656         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1657                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1658                 return true;
1659         }
1660
1661         /*
1662          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1663          * true, as there might be enough pages already.
1664          */
1665         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1666                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1667                 return true;
1668         }
1669
1670         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1671
1672         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1673                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1674                 return false;
1675         }
1676
1677         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1678                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1679                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1680
1681                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1682                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1683                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1684                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1685                                                         first_deferred_pfn);
1686                         spfn = first_deferred_pfn;
1687                 }
1688
1689                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1690                         break;
1691         }
1692
1693         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1694                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1695                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1696                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1697
1698                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1699                         break;
1700         }
1701         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1702         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1703
1704         return nr_pages > 0;
1705 }
1706
1707 /*
1708  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1709  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1710  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1711  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1712  */
1713 static bool __ref
1714 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1715 {
1716         return deferred_grow_zone(zone, order);
1717 }
1718
1719 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1720
1721 void __init page_alloc_init_late(void)
1722 {
1723         struct zone *zone;
1724
1725 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1726         int nid;
1727
1728         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1729         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1730         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1731                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1732         }
1733
1734         /* Block until all are initialised */
1735         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1736
1737         /*
1738          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1739          * on-demand struct page initialization.
1740          */
1741         static_branch_disable(&deferred_pages);
1742
1743         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1744         files_maxfiles_init();
1745 #endif
1746 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1747         /* Discard memblock private memory */
1748         memblock_discard();
1749 #endif
1750
1751         for_each_populated_zone(zone)
1752                 set_zone_contiguous(zone);
1753 }
1754
1755 #ifdef CONFIG_CMA
1756 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1757 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1758 {
1759         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1760         struct page *p = page;
1761
1762         do {
1763                 __ClearPageReserved(p);
1764                 set_page_count(p, 0);
1765         } while (++p, --i);
1766
1767         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1768
1769         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1770                 i = pageblock_nr_pages;
1771                 p = page;
1772                 do {
1773                         set_page_refcounted(p);
1774                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1775                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1776                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1777         } else {
1778                 set_page_refcounted(page);
1779                 __free_pages(page, pageblock_order);
1780         }
1781
1782         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1783 }
1784 #endif
1785
1786 /*
1787  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1788  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1789  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1790  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1791  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1792  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1793  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1794  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1795  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1796  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1797  *
1798  * -- nyc
1799  */
1800 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1801         int low, int high, struct free_area *area,
1802         int migratetype)
1803 {
1804         unsigned long size = 1 << high;
1805
1806         while (high > low) {
1807                 area--;
1808                 high--;
1809                 size >>= 1;
1810                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1811
1812                 /*
1813                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1814                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1815                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1816                  * pages will stay not present in virtual address space
1817                  */
1818                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1819                         continue;
1820
1821                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1822                 area->nr_free++;
1823                 set_page_order(&page[size], high);
1824         }
1825 }
1826
1827 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1828 {
1829         const char *bad_reason = NULL;
1830         unsigned long bad_flags = 0;
1831
1832         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1833                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1834         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1835                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1836         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1837                 bad_reason = "nonzero _count";
1838         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1839                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1840                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1841                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1842                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1843                 return;
1844         }
1845         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1846                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1847                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1848         }
1849 #ifdef CONFIG_MEMCG
1850         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1851                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1852 #endif
1853         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1854 }
1855
1856 /*
1857  * This page is about to be returned from the page allocator
1858  */
1859 static inline int check_new_page(struct page *page)
1860 {
1861         if (likely(page_expected_state(page,
1862                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1863                 return 0;
1864
1865         check_new_page_bad(page);
1866         return 1;
1867 }
1868
1869 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1870 {
1871         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1872                 page_poisoning_enabled();
1873 }
1874
1875 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1876 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1877 {
1878         return false;
1879 }
1880
1881 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1882 {
1883         return check_new_page(page);
1884 }
1885 #else
1886 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1887 {
1888         return check_new_page(page);
1889 }
1890 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1891 {
1892         return false;
1893 }
1894 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1895
1896 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1897 {
1898         int i;
1899         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1900                 struct page *p = page + i;
1901
1902                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1903                         return true;
1904         }
1905
1906         return false;
1907 }
1908
1909 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1910                                 gfp_t gfp_flags)
1911 {
1912         set_page_private(page, 0);
1913         set_page_refcounted(page);
1914
1915         arch_alloc_page(page, order);
1916         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1917         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1918         kasan_alloc_pages(page, order);
1919         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1920 }
1921
1922 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1923                                                         unsigned int alloc_flags)
1924 {
1925         int i;
1926
1927         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1928
1929         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1930                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1931                         clear_highpage(page + i);
1932
1933         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1934                 prep_compound_page(page, order);
1935
1936         /*
1937          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1938          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1939          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1940          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1941          */
1942         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1943                 set_page_pfmemalloc(page);
1944         else
1945                 clear_page_pfmemalloc(page);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1950  * the smallest available page from the freelists
1951  */
1952 static __always_inline
1953 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1954                                                 int migratetype)
1955 {
1956         unsigned int current_order;
1957         struct free_area *area;
1958         struct page *page;
1959
1960         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1961         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1962                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1963                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1964                                                         struct page, lru);
1965                 if (!page)
1966                         continue;
1967                 list_del(&page->lru);
1968                 rmv_page_order(page);
1969                 area->nr_free--;
1970                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1971                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1972                 return page;
1973         }
1974
1975         return NULL;
1976 }
1977
1978
1979 /*
1980  * This array describes the order lists are fallen back to when
1981  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1982  */
1983 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1984         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1985         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1986         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1987 #ifdef CONFIG_CMA
1988         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1989 #endif
1990 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1991         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1992 #endif
1993 };
1994
1995 #ifdef CONFIG_CMA
1996 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1997                                         unsigned int order)
1998 {
1999         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2000 }
2001 #else
2002 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2003                                         unsigned int order) { return NULL; }
2004 #endif
2005
2006 /*
2007  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2008  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2009  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2010  */
2011 static int move_freepages(struct zone *zone,
2012                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2013                           int migratetype, int *num_movable)
2014 {
2015         struct page *page;
2016         unsigned int order;
2017         int pages_moved = 0;
2018
2019 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2020         /*
2021          * page_zone is not safe to call in this context when
2022          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2023          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2024          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2025          * grouping pages by mobility
2026          */
2027         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2028                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2029                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2030 #endif
2031         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2032                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2033                         page++;
2034                         continue;
2035                 }
2036
2037                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2038                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2039
2040                 if (!PageBuddy(page)) {
2041                         /*
2042                          * We assume that pages that could be isolated for
2043                          * migration are movable. But we don't actually try
2044                          * isolating, as that would be expensive.
2045                          */
2046                         if (num_movable &&
2047                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2048                                 (*num_movable)++;
2049
2050                         page++;
2051                         continue;
2052                 }
2053
2054                 order = page_order(page);
2055                 list_move(&page->lru,
2056                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2057                 page += 1 << order;
2058                 pages_moved += 1 << order;
2059         }
2060
2061         return pages_moved;
2062 }
2063
2064 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2065                                 int migratetype, int *num_movable)
2066 {
2067         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2068         struct page *start_page, *end_page;
2069
2070         if (num_movable)
2071                 *num_movable = 0;
2072
2073         start_pfn = page_to_pfn(page);
2074         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2075         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2076         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2077         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2078
2079         /* Do not cross zone boundaries */
2080         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2081                 start_page = page;
2082         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2083                 return 0;
2084
2085         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2086                                                                 num_movable);
2087 }
2088
2089 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2090                                         int start_order, int migratetype)
2091 {
2092         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2093
2094         while (nr_pageblocks--) {
2095                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2096                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2097         }
2098 }
2099
2100 /*
2101  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2102  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2103  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2104  *
2105  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2106  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2107  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2108  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2109  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2110  * pageblocks.
2111  */
2112 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2113 {
2114         /*
2115          * Leaving this order check is intended, although there is
2116          * relaxed order check in next check. The reason is that
2117          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2118          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2119          * so could be changed anytime.
2120          */
2121         if (order >= pageblock_order)
2122                 return true;
2123
2124         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2125                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2126                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2127                 page_group_by_mobility_disabled)
2128                 return true;
2129
2130         return false;
2131 }
2132
2133 /*
2134  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2135  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2136  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2137  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2138  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2139  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2140  */
2141 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2142                                         int start_type, bool whole_block)
2143 {
2144         unsigned int current_order = page_order(page);
2145         struct free_area *area;
2146         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2147         int old_block_type;
2148
2149         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2150
2151         /*
2152          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2153          * highatomic accounting.
2154          */
2155         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2156                 goto single_page;
2157
2158         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2159         if (current_order >= pageblock_order) {
2160                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2161                 goto single_page;
2162         }
2163
2164         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2165         if (!whole_block)
2166                 goto single_page;
2167
2168         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2169                                                 &movable_pages);
2170         /*
2171          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2172          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2173          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2174          */
2175         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2176                 alike_pages = movable_pages;
2177         } else {
2178                 /*
2179                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2180                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2181                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2182                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2183                  * exact migratetype of non-movable pages.
2184                  */
2185                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2186                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2187                                                 - (free_pages + movable_pages);
2188                 else
2189                         alike_pages = 0;
2190         }
2191
2192         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2193         if (!free_pages)
2194                 goto single_page;
2195
2196         /*
2197          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2198          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2199          */
2200         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2201                         page_group_by_mobility_disabled)
2202                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2203
2204         return;
2205
2206 single_page:
2207         area = &zone->free_area[current_order];
2208         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2209 }
2210
2211 /*
2212  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2213  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2214  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2215  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2216  */
2217 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2218                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2219 {
2220         int i;
2221         int fallback_mt;
2222
2223         if (area->nr_free == 0)
2224                 return -1;
2225
2226         *can_steal = false;
2227         for (i = 0;; i++) {
2228                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2229                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2230                         break;
2231
2232                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2233                         continue;
2234
2235                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2236                         *can_steal = true;
2237
2238                 if (!only_stealable)
2239                         return fallback_mt;
2240
2241                 if (*can_steal)
2242                         return fallback_mt;
2243         }
2244
2245         return -1;
2246 }
2247
2248 /*
2249  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2250  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2251  */
2252 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2253                                 unsigned int alloc_order)
2254 {
2255         int mt;
2256         unsigned long max_managed, flags;
2257
2258         /*
2259          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2260          * Check is race-prone but harmless.
2261          */
2262         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2263         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2264                 return;
2265
2266         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2267
2268         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2269         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2270                 goto out_unlock;
2271
2272         /* Yoink! */
2273         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2274         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2275             && !is_migrate_cma(mt)) {
2276                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2277                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2278                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2279         }
2280
2281 out_unlock:
2282         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2283 }
2284
2285 /*
2286  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2287  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2288  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2289  * to recover from than an OOM.
2290  *
2291  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2292  * pageblock is exhausted.
2293  */
2294 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2295                                                 bool force)
2296 {
2297         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2298         unsigned long flags;
2299         struct zoneref *z;
2300         struct zone *zone;
2301         struct page *page;
2302         int order;
2303         bool ret;
2304
2305         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2306                                                                 ac->nodemask) {
2307                 /*
2308                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2309                  * is really high.
2310                  */
2311                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2312                                         pageblock_nr_pages)
2313                         continue;
2314
2315                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2316                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2317                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2318
2319                         page = list_first_entry_or_null(
2320                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2321                                         struct page, lru);
2322                         if (!page)
2323                                 continue;
2324
2325                         /*
2326                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2327                          * we can counter several free pages in a pageblock
2328                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2329                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2330                          * adjust the count once.
2331                          */
2332                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2333                                 /*
2334                                  * It should never happen but changes to
2335                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2336                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2337                                  * while unreserving so be safe and watch for
2338                                  * underflows.
2339                                  */
2340                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2341                                                 pageblock_nr_pages,
2342                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2343                         }
2344
2345                         /*
2346                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2347                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2348                          * is doing the work and needs the pages. More
2349                          * importantly, if the block was always converted to
2350                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2351                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2352                          * may increase.
2353                          */
2354                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2355                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2356                                                                         NULL);
2357                         if (ret) {
2358                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2359                                 return ret;
2360                         }
2361                 }
2362                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2363         }
2364
2365         return false;
2366 }
2367
2368 /*
2369  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2370  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2371  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2372  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2373  *
2374  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2375  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2376  * condition simpler.
2377  */
2378 static __always_inline bool
2379 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2380 {
2381         struct free_area *area;
2382         int current_order;
2383         struct page *page;
2384         int fallback_mt;
2385         bool can_steal;
2386
2387         /*
2388          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2389          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2390          * would be too costly to do exactly.
2391          */
2392         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2393                                 --current_order) {
2394                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2395                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2396                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2397                 if (fallback_mt == -1)
2398                         continue;
2399
2400                 /*
2401                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2402                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2403                  * steal and split the smallest available page instead of the
2404                  * largest available page, because even if the next movable
2405                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2406                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2407                  */
2408                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2409                                         && current_order > order)
2410                         goto find_smallest;
2411
2412                 goto do_steal;
2413         }
2414
2415         return false;
2416
2417 find_smallest:
2418         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2419                                                         current_order++) {
2420                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2421                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2422                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2423                 if (fallback_mt != -1)
2424                         break;
2425         }
2426
2427         /*
2428          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2429          * when looking for the largest page.
2430          */
2431         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2432
2433 do_steal:
2434         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2435                                                         struct page, lru);
2436
2437         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2438
2439         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2440                 start_migratetype, fallback_mt);
2441
2442         return true;
2443
2444 }
2445
2446 /*
2447  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2448  * Call me with the zone->lock already held.
2449  */
2450 static __always_inline struct page *
2451 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2452 {
2453         struct page *page;
2454
2455 retry:
2456         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2457         if (unlikely(!page)) {
2458                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2459                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2460
2461                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2462                         goto retry;
2463         }
2464
2465         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2466         return page;
2467 }
2468
2469 /*
2470  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2471  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2472  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2473  */
2474 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2475                         unsigned long count, struct list_head *list,
2476                         int migratetype)
2477 {
2478         int i, alloced = 0;
2479
2480         spin_lock(&zone->lock);
2481         for (i = 0; i < count; ++i) {
2482                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2483                 if (unlikely(page == NULL))
2484                         break;
2485
2486                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2487                         continue;
2488
2489                 /*
2490                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2491                  * physical page order. The page is added to the tail of
2492                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2493                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2494                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2495                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2496                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2497                  * pages are ordered properly.
2498                  */
2499                 list_add_tail(&page->lru, list);
2500                 alloced++;
2501                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2502                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2503                                               -(1 << order));
2504         }
2505
2506         /*
2507          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2508          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2509          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2510          * pages added to the pcp list.
2511          */
2512         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2513         spin_unlock(&zone->lock);
2514         return alloced;
2515 }
2516
2517 #ifdef CONFIG_NUMA
2518 /*
2519  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2520  * currently executing processor on remote nodes after they have
2521  * expired.
2522  *
2523  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2524  * a single processor.
2525  */
2526 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2527 {
2528         unsigned long flags;
2529         int to_drain, batch;
2530
2531         local_irq_save(flags);
2532         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2533         to_drain = min(pcp->count, batch);
2534         if (to_drain > 0)
2535                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2536         local_irq_restore(flags);
2537 }
2538 #endif
2539
2540 /*
2541  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2542  *
2543  * The processor must either be the current processor and the
2544  * thread pinned to the current processor or a processor that
2545  * is not online.
2546  */
2547 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2548 {
2549         unsigned long flags;
2550         struct per_cpu_pageset *pset;
2551         struct per_cpu_pages *pcp;
2552
2553         local_irq_save(flags);
2554         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2555
2556         pcp = &pset->pcp;
2557         if (pcp->count)
2558                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2559         local_irq_restore(flags);
2560 }
2561
2562 /*
2563  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2564  *
2565  * The processor must either be the current processor and the
2566  * thread pinned to the current processor or a processor that
2567  * is not online.
2568  */
2569 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2570 {
2571         struct zone *zone;
2572
2573         for_each_populated_zone(zone) {
2574                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2575         }
2576 }
2577
2578 /*
2579  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2580  *
2581  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2582  * the single zone's pages.
2583  */
2584 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2585 {
2586         int cpu = smp_processor_id();
2587
2588         if (zone)
2589                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2590         else
2591                 drain_pages(cpu);
2592 }
2593
2594 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2595 {
2596         /*
2597          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2598          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2599          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2600          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2601          * a different one.
2602          */
2603         preempt_disable();
2604         drain_local_pages(NULL);
2605         preempt_enable();
2606 }
2607
2608 /*
2609  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2610  *
2611  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2612  *
2613  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2614  */
2615 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2616 {
2617         int cpu;
2618
2619         /*
2620          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2621          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2622          */
2623         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2624
2625         /*
2626          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2627          * initialized.
2628          */
2629         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2630                 return;
2631
2632         /*
2633          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2634          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2635          * the drain to be complete when the call returns.
2636          */
2637         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2638                 if (!zone)
2639                         return;
2640                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2641         }
2642
2643         /*
2644          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2645          * as offline notification will cause the notified
2646          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2647          * disables preemption as part of its processing
2648          */
2649         for_each_online_cpu(cpu) {
2650                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2651                 struct zone *z;
2652                 bool has_pcps = false;
2653
2654                 if (zone) {
2655                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2656                         if (pcp->pcp.count)
2657                                 has_pcps = true;
2658                 } else {
2659                         for_each_populated_zone(z) {
2660                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2661                                 if (pcp->pcp.count) {
2662                                         has_pcps = true;
2663                                         break;
2664                                 }
2665                         }
2666                 }
2667
2668                 if (has_pcps)
2669                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2670                 else
2671                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2672         }
2673
2674         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2675                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2676                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2677                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2678         }
2679         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2680                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2681
2682         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2683 }
2684
2685 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2686
2687 /*
2688  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2689  */
2690 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2691
2692 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2693 {
2694         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2695         unsigned long flags;
2696         unsigned int order, t;
2697         struct page *page;
2698
2699         if (zone_is_empty(zone))
2700                 return;
2701
2702         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2703
2704         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2705         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2706                 if (pfn_valid(pfn)) {
2707                         page = pfn_to_page(pfn);
2708
2709                         if (!--page_count) {
2710                                 touch_nmi_watchdog();
2711                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2712                         }
2713
2714                         if (page_zone(page) != zone)
2715                                 continue;
2716
2717                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2718                                 swsusp_unset_page_free(page);
2719                 }
2720
2721         for_each_migratetype_order(order, t) {
2722                 list_for_each_entry(page,
2723                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2724                         unsigned long i;
2725
2726                         pfn = page_to_pfn(page);
2727                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2728                                 if (!--page_count) {
2729                                         touch_nmi_watchdog();
2730                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2731                                 }
2732                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2733                         }
2734                 }
2735         }
2736         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2737 }
2738 #endif /* CONFIG_PM */
2739
2740 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2741 {
2742         int migratetype;
2743
2744         if (!free_pcp_prepare(page))
2745                 return false;
2746
2747         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2748         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2749         return true;
2750 }
2751
2752 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2753 {
2754         struct zone *zone = page_zone(page);
2755         struct per_cpu_pages *pcp;
2756         int migratetype;
2757
2758         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2759         __count_vm_event(PGFREE);
2760
2761         /*
2762          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2763          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2764          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2765          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2766          * excessively into the page allocator
2767          */
2768         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2769                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2770                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2771                         return;
2772                 }
2773                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2774         }
2775
2776         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2777         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2778         pcp->count++;
2779         if (pcp->count >= pcp->high) {
2780                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2781                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2782         }
2783 }
2784
2785 /*
2786  * Free a 0-order page
2787  */
2788 void free_unref_page(struct page *page)
2789 {
2790         unsigned long flags;
2791         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2792
2793         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2794                 return;
2795
2796         local_irq_save(flags);
2797         free_unref_page_commit(page, pfn);
2798         local_irq_restore(flags);
2799 }
2800
2801 /*
2802  * Free a list of 0-order pages
2803  */
2804 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2805 {
2806         struct page *page, *next;
2807         unsigned long flags, pfn;
2808         int batch_count = 0;
2809
2810         /* Prepare pages for freeing */
2811         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2812                 pfn = page_to_pfn(page);
2813                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2814                         list_del(&page->lru);
2815                 set_page_private(page, pfn);
2816         }
2817
2818         local_irq_save(flags);
2819         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2820                 unsigned long pfn = page_private(page);
2821
2822                 set_page_private(page, 0);
2823                 trace_mm_page_free_batched(page);
2824                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2825
2826                 /*
2827                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2828                  * a large list of pages to free.
2829                  */
2830                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2831                         local_irq_restore(flags);
2832                         batch_count = 0;
2833                         local_irq_save(flags);
2834                 }
2835         }
2836         local_irq_restore(flags);
2837 }
2838
2839 /*
2840  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2841  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2842  * Each sub-page must be freed individually.
2843  *
2844  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2845  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2846  */
2847 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2848 {
2849         int i;
2850
2851         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2852         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2853
2854         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2855                 set_page_refcounted(page + i);
2856         split_page_owner(page, order);
2857 }
2858 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2859
2860 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2861 {
2862         unsigned long watermark;
2863         struct zone *zone;
2864         int mt;
2865
2866         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2867
2868         zone = page_zone(page);
2869         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2870
2871         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2872                 /*
2873                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2874                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2875                  * watermark, because we already know our high-order page
2876                  * exists.
2877                  */
2878                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2879                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2880                         return 0;
2881
2882                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2883         }
2884
2885         /* Remove page from free list */
2886         list_del(&page->lru);
2887         zone->free_area[order].nr_free--;
2888         rmv_page_order(page);
2889
2890         /*
2891          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2892          * pageblock
2893          */
2894         if (order >= pageblock_order - 1) {
2895                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2896                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2897                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2898                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2899                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2900                                 set_pageblock_migratetype(page,
2901                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2902                 }
2903         }
2904
2905
2906         return 1UL << order;
2907 }
2908
2909 /*
2910  * Update NUMA hit/miss statistics
2911  *
2912  * Must be called with interrupts disabled.
2913  */
2914 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2915 {
2916 #ifdef CONFIG_NUMA
2917         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2918
2919         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2920         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2921                 return;
2922
2923         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2924                 local_stat = NUMA_OTHER;
2925
2926         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2927                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2928         else {
2929                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2930                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2931         }
2932         __inc_numa_state(z, local_stat);
2933 #endif
2934 }
2935
2936 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2937 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2938                         struct per_cpu_pages *pcp,
2939                         struct list_head *list)
2940 {
2941         struct page *page;
2942
2943         do {
2944                 if (list_empty(list)) {
2945                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2946                                         pcp->batch, list,
2947                                         migratetype);
2948                         if (unlikely(list_empty(list)))
2949                                 return NULL;
2950                 }
2951
2952                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2953                 list_del(&page->lru);
2954                 pcp->count--;
2955         } while (check_new_pcp(page));
2956
2957         return page;
2958 }
2959
2960 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2961 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2962                         struct zone *zone, unsigned int order,
2963                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2964 {
2965         struct per_cpu_pages *pcp;
2966         struct list_head *list;
2967         struct page *page;
2968         unsigned long flags;
2969
2970         local_irq_save(flags);
2971         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2972         list = &pcp->lists[migratetype];
2973         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2974         if (page) {
2975                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2976                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2977         }
2978         local_irq_restore(flags);
2979         return page;
2980 }
2981
2982 /*
2983  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2984  */
2985 static inline
2986 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2987                         struct zone *zone, unsigned int order,
2988                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2989                         int migratetype)
2990 {
2991         unsigned long flags;
2992         struct page *page;
2993
2994         if (likely(order == 0)) {
2995                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2996                                 gfp_flags, migratetype);
2997                 goto out;
2998         }
2999
3000         /*
3001          * We most definitely don't want callers attempting to
3002          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3003          */
3004         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3005         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3006
3007         do {
3008                 page = NULL;
3009                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3010                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3011                         if (page)
3012                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3013                 }
3014                 if (!page)
3015                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3016         } while (page && check_new_pages(page, order));
3017         spin_unlock(&zone->lock);
3018         if (!page)
3019                 goto failed;
3020         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3021                                   get_pcppage_migratetype(page));
3022
3023         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3024         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3025         local_irq_restore(flags);
3026
3027 out:
3028         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3029         return page;
3030
3031 failed:
3032         local_irq_restore(flags);
3033         return NULL;
3034 }
3035
3036 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3037
3038 static struct {
3039         struct fault_attr attr;
3040
3041         bool ignore_gfp_highmem;
3042         bool ignore_gfp_reclaim;
3043         u32 min_order;
3044 } fail_page_alloc = {
3045         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3046         .ignore_gfp_reclaim = true,
3047         .ignore_gfp_highmem = true,
3048         .min_order = 1,
3049 };
3050
3051 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3052 {
3053         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3054 }
3055 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3056
3057 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3058 {
3059         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3060                 return false;
3061         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3062                 return false;
3063         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3064                 return false;
3065         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3066                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3067                 return false;
3068
3069         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3070 }
3071
3072 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3073
3074 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3075 {
3076         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3077         struct dentry *dir;
3078
3079         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3080                                         &fail_page_alloc.attr);
3081         if (IS_ERR(dir))
3082                 return PTR_ERR(dir);
3083
3084         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3085                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3086                 goto fail;
3087         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3088                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3089                 goto fail;
3090         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3091                                 &fail_page_alloc.min_order))
3092                 goto fail;
3093
3094         return 0;
3095 fail:
3096         debugfs_remove_recursive(dir);
3097
3098         return -ENOMEM;
3099 }
3100
3101 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3102
3103 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3104
3105 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3106
3107 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3108 {
3109         return false;
3110 }
3111
3112 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3113
3114 /*
3115  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3116  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3117  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3118  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3119  */
3120 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3121                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3122                          long free_pages)
3123 {
3124         long min = mark;
3125         int o;
3126         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3127
3128         /* free_pages may go negative - that's OK */
3129         free_pages -= (1 << order) - 1;
3130
3131         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3132                 min -= min / 2;
3133
3134         /*
3135          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3136          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3137          * atomic reserve but it avoids a search.
3138          */
3139         if (likely(!alloc_harder)) {
3140                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3141         } else {
3142                 /*
3143                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3144                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3145                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3146                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3147                  */
3148                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3149                         min -= min / 2;
3150                 else
3151                         min -= min / 4;
3152         }
3153
3154
3155 #ifdef CONFIG_CMA
3156         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3157         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3158                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3159 #endif
3160
3161         /*
3162          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3163          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3164          * even if a suitable page happened to be free.
3165          */
3166         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3167                 return false;
3168
3169         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3170         if (!order)
3171                 return true;
3172
3173         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3174         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3175                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3176                 int mt;
3177
3178                 if (!area->nr_free)
3179                         continue;
3180
3181                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3182                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3183                                 return true;
3184                 }
3185
3186 #ifdef CONFIG_CMA
3187                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3188                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3189                         return true;
3190                 }
3191 #endif
3192                 if (alloc_harder &&
3193                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3194                         return true;
3195         }
3196         return false;
3197 }
3198
3199 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3200                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3201 {
3202         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3203                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3204 }
3205
3206 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3207                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3208 {
3209         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3210         long cma_pages = 0;
3211
3212 #ifdef CONFIG_CMA
3213         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3214         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3215                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3216 #endif
3217
3218         /*
3219          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3220          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3221          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3222          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3223          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3224          */
3225         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3226                 return true;
3227
3228         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3229                                         free_pages);
3230 }
3231
3232 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3233                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3234 {
3235         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3236
3237         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3238                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3239
3240         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3241                                                                 free_pages);
3242 }
3243
3244 #ifdef CONFIG_NUMA
3245 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3246 {
3247         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3248                                 RECLAIM_DISTANCE;
3249 }
3250 #else   /* CONFIG_NUMA */
3251 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3252 {
3253         return true;
3254 }
3255 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3256
3257 /*
3258  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3259  * a page.
3260  */
3261 static struct page *
3262 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3263                                                 const struct alloc_context *ac)
3264 {
3265         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3266         struct zone *zone;
3267         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3268
3269         /*
3270          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3271          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3272          */
3273         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3274                                                                 ac->nodemask) {
3275                 struct page *page;
3276                 unsigned long mark;
3277
3278                 if (cpusets_enabled() &&
3279                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3280                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3281                                 continue;
3282                 /*
3283                  * When allocating a page cache page for writing, we
3284                  * want to get it from a node that is within its dirty
3285                  * limit, such that no single node holds more than its
3286                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3287                  * The dirty limits take into account the node's
3288                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3289                  * should be able to balance it without having to
3290                  * write pages from its LRU list.
3291                  *
3292                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3293                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3294                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3295                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3296                  * nodes are together not big enough to reach the
3297                  * global limit.  The proper fix for these situations
3298                  * will require awareness of nodes in the
3299                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3300                  */
3301                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3302                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3303                                 continue;
3304
3305                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3306                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3307                                 continue;
3308                         }
3309                 }
3310
3311                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3312                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3313                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3314                         int ret;
3315
3316 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3317                         /*
3318                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3319                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3320                          */
3321                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3322                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3323                                         goto try_this_zone;
3324                         }
3325 #endif
3326                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3327                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3328                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3329                                 goto try_this_zone;
3330
3331                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3332                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3333                                 continue;
3334
3335                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3336                         switch (ret) {
3337                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3338                                 /* did not scan */
3339                                 continue;
3340                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3341                                 /* scanned but unreclaimable */
3342                                 continue;
3343                         default:
3344                                 /* did we reclaim enough */
3345                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3346                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3347                                         goto try_this_zone;
3348
3349                                 continue;
3350                         }
3351                 }
3352
3353 try_this_zone:
3354                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3355                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3356                 if (page) {
3357                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3358
3359                         /*
3360                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3361                          * if the pageblock should be reserved for the future
3362                          */
3363                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3364                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3365
3366                         return page;
3367                 } else {
3368 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3369                         /* Try again if zone has deferred pages */
3370                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3371                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3372                                         goto try_this_zone;
3373                         }
3374 #endif
3375                 }
3376         }
3377
3378         return NULL;
3379 }
3380
3381 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3382 {
3383         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3384         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3385
3386         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3387                 return;
3388
3389         /*
3390          * This documents exceptions given to allocations in certain
3391          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3392          * of allowed nodes.
3393          */
3394         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3395                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3396                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3397                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3398         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3399                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3400
3401         show_mem(filter, nodemask);
3402 }
3403
3404 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3405 {
3406         struct va_format vaf;
3407         va_list args;
3408         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3409                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3410
3411         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3412                 return;
3413
3414         va_start(args, fmt);
3415         vaf.fmt = fmt;
3416         vaf.va = &args;
3417         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3418                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3419                         nodemask_pr_args(nodemask));
3420         va_end(args);
3421
3422         cpuset_print_current_mems_allowed();
3423
3424         dump_stack();
3425         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3426 }
3427
3428 static inline struct page *
3429 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3430                               unsigned int alloc_flags,
3431                               const struct alloc_context *ac)
3432 {
3433         struct page *page;
3434
3435         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3436                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3437         /*
3438          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3439          * are depleted
3440          */
3441         if (!page)
3442                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3443                                 alloc_flags, ac);
3444
3445         return page;
3446 }
3447
3448 static inline struct page *
3449 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3450         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3451 {
3452         struct oom_control oc = {
3453                 .zonelist = ac->zonelist,
3454                 .nodemask = ac->nodemask,
3455                 .memcg = NULL,
3456                 .gfp_mask = gfp_mask,
3457                 .order = order,
3458         };
3459         struct page *page;
3460
3461         *did_some_progress = 0;
3462
3463         /*
3464          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3465          * making progress for us.
3466          */
3467         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3468                 *did_some_progress = 1;
3469                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3470                 return NULL;
3471         }
3472
3473         /*
3474          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3475          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3476          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3477          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3478          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3479          */
3480         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3481                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3482                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3483         if (page)
3484                 goto out;
3485
3486         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3487         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3488                 goto out;
3489         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3490         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3491                 goto out;
3492         /*
3493          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3494          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3495          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3496          * fallback than shooting a random task.
3497          */
3498         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3499                 goto out;
3500         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3501         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3502                 goto out;
3503         if (pm_suspended_storage())
3504                 goto out;
3505         /*
3506          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3507          * other request to make a forward progress.
3508          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3509          * do much for this context but let's try it to at least get
3510          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3511          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3512          * failures more gracefully we should just bail out here.
3513          */
3514
3515         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3516         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3517                 goto out;
3518
3519         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3520         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3521                 *did_some_progress = 1;
3522
3523                 /*
3524                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3525                  * reserves
3526                  */
3527                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3528                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3529                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3530         }
3531 out:
3532         mutex_unlock(&oom_lock);
3533         return page;
3534 }
3535
3536 /*
3537  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3538  * killer is consider as the only way to move forward.
3539  */
3540 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3541
3542 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3543 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3544 static struct page *
3545 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3546                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3547                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3548 {
3549         struct page *page;
3550         unsigned long pflags;
3551         unsigned int noreclaim_flag;
3552
3553         if (!order)
3554                 return NULL;
3555
3556         psi_memstall_enter(&pflags);
3557         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3558
3559         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3560                                                                         prio);
3561
3562         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3563         psi_memstall_leave(&pflags);
3564
3565         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3566                 return NULL;
3567
3568         /*
3569          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3570          * count a compaction stall
3571          */
3572         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3573
3574         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3575
3576         if (page) {
3577                 struct zone *zone = page_zone(page);
3578
3579                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3580                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3581                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3582                 return page;
3583         }
3584
3585         /*
3586          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3587          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3588          */
3589         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3590
3591         cond_resched();
3592
3593         return NULL;
3594 }
3595
3596 static inline bool
3597 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3598                      enum compact_result compact_result,
3599                      enum compact_priority *compact_priority,
3600                      int *compaction_retries)
3601 {
3602         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3603         int min_priority;
3604         bool ret = false;
3605         int retries = *compaction_retries;
3606         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3607
3608         if (!order)
3609                 return false;
3610
3611         if (compaction_made_progress(compact_result))
3612                 (*compaction_retries)++;
3613
3614         /*
3615          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3616          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3617          * failure could be caused by insufficient priority
3618          */
3619         if (compaction_failed(compact_result))
3620                 goto check_priority;
3621
3622         /*
3623          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3624          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3625          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3626          * compaction.
3627          */
3628         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3629                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3630                 goto out;
3631         }
3632
3633         /*
3634          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3635          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3636          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3637          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3638          * would need much more detailed feedback from compaction to
3639          * make a better decision.
3640          */
3641         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3642                 max_retries /= 4;
3643         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3644                 ret = true;
3645                 goto out;
3646         }
3647
3648         /*
3649          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3650          * all retries or failed at the lower priorities.
3651          */
3652 check_priority:
3653         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3654                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3655
3656         if (*compact_priority > min_priority) {
3657                 (*compact_priority)--;
3658                 *compaction_retries = 0;
3659                 ret = true;
3660         }
3661 out:
3662         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3663         return ret;
3664 }
3665 #else
3666 static inline struct page *
3667 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3668                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3669                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3670 {
3671         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3672         return NULL;
3673 }
3674
3675 static inline bool
3676 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3677                      enum compact_result compact_result,
3678                      enum compact_priority *compact_priority,
3679                      int *compaction_retries)
3680 {
3681         struct zone *zone;
3682         struct zoneref *z;
3683
3684         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3685                 return false;
3686
3687         /*
3688          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3689          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3690          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3691          * watermarks are OK.
3692          */
3693         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3694                                         ac->nodemask) {
3695                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3696                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3697                         return true;
3698         }
3699         return false;
3700 }
3701 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3702
3703 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3704 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3705         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3706
3707 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3708 {
3709         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3710
3711         /* no reclaim without waiting on it */
3712         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3713                 return false;
3714
3715         /* this guy won't enter reclaim */
3716         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3717                 return false;
3718
3719         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3720         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3721                 return false;
3722
3723         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3724                 return false;
3725
3726         return true;
3727 }
3728
3729 void __fs_reclaim_acquire(void)
3730 {
3731         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3732 }
3733
3734 void __fs_reclaim_release(void)
3735 {
3736         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3737 }
3738
3739 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3740 {
3741         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3742                 __fs_reclaim_acquire();
3743 }
3744 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3745
3746 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3747 {
3748         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3749                 __fs_reclaim_release();
3750 }
3751 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3752 #endif
3753
3754 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3755 static int
3756 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3757                                         const struct alloc_context *ac)
3758 {
3759         struct reclaim_state reclaim_state;
3760         int progress;
3761         unsigned int noreclaim_flag;
3762         unsigned long pflags;
3763
3764         cond_resched();
3765
3766         /* We now go into synchronous reclaim */
3767         cpuset_memory_pressure_bump();
3768         psi_memstall_enter(&pflags);
3769         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3770         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3771         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3772         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3773
3774         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3775                                                                 ac->nodemask);
3776
3777         current->reclaim_state = NULL;
3778         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3779         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3780         psi_memstall_leave(&pflags);
3781
3782         cond_resched();
3783
3784         return progress;
3785 }
3786
3787 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3788 static inline struct page *
3789 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3790                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3791                 unsigned long *did_some_progress)
3792 {
3793         struct page *page = NULL;
3794         bool drained = false;
3795
3796         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3797         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3798                 return NULL;
3799
3800 retry:
3801         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3802
3803         /*
3804          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3805          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3806          * Shrink them them and try again
3807          */
3808         if (!page && !drained) {
3809                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3810                 drain_all_pages(NULL);
3811                 drained = true;
3812                 goto retry;
3813         }
3814
3815         return page;
3816 }
3817
3818 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3819                              const struct alloc_context *ac)
3820 {
3821         struct zoneref *z;
3822         struct zone *zone;
3823         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3824         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3825
3826         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3827                                         ac->nodemask) {
3828                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3829                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3830                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3831         }
3832 }
3833
3834 static inline unsigned int
3835 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3836 {
3837         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3838
3839         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3840         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3841
3842         /*
3843          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3844          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3845          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3846          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3847          */
3848         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3849
3850         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3851                 /*
3852                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3853                  * if it can't schedule.
3854                  */
3855                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3856                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3857                 /*
3858                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3859                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3860                  */
3861                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3862         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3863                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3864
3865 #ifdef CONFIG_CMA
3866         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3867                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3868 #endif
3869         return alloc_flags;
3870 }
3871
3872 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3873 {
3874         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3875                 return false;
3876
3877         /*
3878          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3879          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3880          */
3881         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3882                 return false;
3883
3884         return true;
3885 }
3886
3887 /*
3888  * Distinguish requests which really need access to full memory
3889  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3890  */
3891 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3892 {
3893         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3894                 return 0;
3895         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3896                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3897         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3898                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3899         if (!in_interrupt()) {
3900                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3901                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3902                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3903                         return ALLOC_OOM;
3904         }
3905
3906         return 0;
3907 }
3908
3909 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3910 {
3911         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3912 }
3913
3914 /*
3915  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3916  * for the given allocation request.
3917  *
3918  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3919  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3920  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3921  *
3922  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3923  */
3924 static inline bool
3925 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3926                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3927                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3928 {
3929         struct zone *zone;
3930         struct zoneref *z;
3931         bool ret = false;
3932
3933         /*
3934          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3935          * their order will become available due to high fragmentation so
3936          * always increment the no progress counter for them
3937          */
3938         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3939                 *no_progress_loops = 0;
3940         else
3941                 (*no_progress_loops)++;
3942
3943         /*
3944          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3945          * several times in the row.
3946          */
3947         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3948                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3949                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3950         }
3951
3952         /*
3953          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3954          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3955          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3956          * screwed and have to go OOM.
3957          */
3958         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3959                                         ac->nodemask) {
3960                 unsigned long available;
3961                 unsigned long reclaimable;
3962                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3963                 bool wmark;
3964
3965                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3966                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3967
3968                 /*
3969                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3970                  * reclaimable pages?
3971                  */
3972                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3973                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3974                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3975                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3976                 if (wmark) {
3977                         /*
3978                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3979                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3980                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3981                          * prevent from pre mature OOM
3982                          */
3983                         if (!did_some_progress) {
3984                                 unsigned long write_pending;
3985
3986                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3987                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3988
3989                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3990                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3991                                         return true;
3992                                 }
3993                         }
3994
3995                         ret = true;
3996                         goto out;
3997                 }
3998         }
3999
4000 out:
4001         /*
4002          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4003          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4004          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4005          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4006          * here rather than calling cond_resched().
4007          */
4008         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4009                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4010         else
4011                 cond_resched();
4012         return ret;
4013 }
4014
4015 static inline bool
4016 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4017 {
4018         /*
4019          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4020          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4021          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4022          * such a way the check therein was true, and then it became false
4023          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4024          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4025          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4026          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4027          * caller can deal with a violated nodemask.
4028          */
4029         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4030                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4031                 ac->nodemask = NULL;
4032                 return true;
4033         }
4034
4035         /*
4036          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4037          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4038          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4039          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4040          * retry.
4041          */
4042         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4043                 return true;
4044
4045         return false;
4046 }
4047
4048 static inline struct page *
4049 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4050                                                 struct alloc_context *ac)
4051 {
4052         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4053         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4054         struct page *page = NULL;
4055         unsigned int alloc_flags;
4056         unsigned long did_some_progress;
4057         enum compact_priority compact_priority;
4058         enum compact_result compact_result;
4059         int compaction_retries;
4060         int no_progress_loops;
4061         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4062         int reserve_flags;
4063
4064         /*
4065          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4066          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4067          * be using allocators in order of preference for an area that is
4068          * too large.
4069          */
4070         if (order >= MAX_ORDER) {
4071                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4072                 return NULL;
4073         }
4074
4075         /*
4076          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4077          * callers that are not in atomic context.
4078          */
4079         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4080                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4081                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4082
4083 retry_cpuset:
4084         compaction_retries = 0;
4085         no_progress_loops = 0;
4086         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4087         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4088
4089         /*
4090          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4091          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4092          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4093          */
4094         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4095
4096         /*
4097          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4098          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4099          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4100          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4101          */
4102         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4103                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4104         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4105                 goto nopage;
4106
4107         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4108                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4109
4110         /*
4111          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4112          * that first
4113          */
4114         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4115         if (page)
4116                 goto got_pg;
4117
4118         /*
4119          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4120          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4121          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4122          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4123          * same migratetype.
4124          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4125          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4126          */
4127         if (can_direct_reclaim &&
4128                         (costly_order ||
4129                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4130                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4131                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4132                                                 alloc_flags, ac,
4133                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4134                                                 &compact_result);
4135                 if (page)
4136                         goto got_pg;
4137
4138                 /*
4139                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4140                  * includes THP page fault allocations
4141                  */
4142                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4143                         /*
4144                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4145                          * it is because sync compaction recently failed. If
4146                          * this is the case and the caller requested a THP
4147                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4148                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4149                          * direct reclaim.
4150                          */
4151                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4152                                 goto nopage;
4153
4154                         /*
4155                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4156                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4157                          * using async compaction.
4158                          */
4159                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4160                 }
4161         }
4162
4163 retry:
4164         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4165         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4166                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4167
4168         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4169         if (reserve_flags)
4170                 alloc_flags = reserve_flags;
4171
4172         /*
4173          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4174          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4175          * user oriented.
4176          */
4177         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4178                 ac->nodemask = NULL;
4179                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4180                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4181         }
4182
4183         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4184         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4185         if (page)
4186                 goto got_pg;
4187
4188         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4189         if (!can_direct_reclaim)
4190                 goto nopage;
4191
4192         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4193         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4194                 goto nopage;
4195
4196         /* Try direct reclaim and then allocating */
4197         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4198                                                         &did_some_progress);
4199         if (page)
4200                 goto got_pg;
4201
4202         /* Try direct compaction and then allocating */
4203         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4204                                         compact_priority, &compact_result);
4205         if (page)
4206                 goto got_pg;
4207
4208         /* Do not loop if specifically requested */
4209         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4210                 goto nopage;
4211
4212         /*
4213          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4214          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4215          */
4216         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4217                 goto nopage;
4218
4219         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4220                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4221                 goto retry;
4222
4223         /*
4224          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4225          * reclaim is not able to make any progress because the current
4226          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4227          * of free memory (see __compaction_suitable)
4228          */
4229         if (did_some_progress > 0 &&
4230                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4231                                 compact_result, &compact_priority,
4232                                 &compaction_retries))
4233                 goto retry;
4234
4235
4236         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4237         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4238                 goto retry_cpuset;
4239
4240         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4241         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4242         if (page)
4243                 goto got_pg;
4244
4245         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4246         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4247             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4248              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4249                 goto nopage;
4250
4251         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4252         if (did_some_progress) {
4253                 no_progress_loops = 0;
4254                 goto retry;
4255         }
4256
4257 nopage:
4258         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4259         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4260                 goto retry_cpuset;
4261
4262         /*
4263          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4264          * we always retry
4265          */
4266         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4267                 /*
4268                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4269                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4270                  */
4271                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4272                         goto fail;
4273
4274                 /*
4275                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4276                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4277                  * for somebody to do a work for us
4278                  */
4279                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4280
4281                 /*
4282                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4283                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4284                  * so that we can identify them and convert them to something
4285                  * else.
4286                  */
4287                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4288
4289                 /*
4290                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4291                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4292                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4293                  * the situation worse
4294                  */
4295                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4296                 if (page)
4297                         goto got_pg;
4298
4299                 cond_resched();
4300                 goto retry;
4301         }
4302 fail:
4303         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4304                         "page allocation failure: order:%u", order);
4305 got_pg:
4306         return page;
4307 }
4308
4309 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4310                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4311                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4312                 unsigned int *alloc_flags)
4313 {
4314         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4315         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4316         ac->nodemask = nodemask;
4317         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4318
4319         if (cpusets_enabled()) {
4320                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4321                 if (!ac->nodemask)
4322                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4323                 else
4324                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4325         }
4326
4327         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4328         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4329
4330         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4331
4332         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4333                 return false;
4334
4335         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4336                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4337
4338         return true;
4339 }
4340
4341 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4342 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4343 {
4344         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4345         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4346
4347         /*
4348          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4349          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4350          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4351          */
4352         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4353                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4354 }
4355
4356 /*
4357  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4358  */
4359 struct page *
4360 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4361                                                         nodemask_t *nodemask)
4362 {
4363         struct page *page;
4364         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4365         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4366         struct alloc_context ac = { };
4367
4368         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4369         alloc_mask = gfp_mask;
4370         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4371                 return NULL;
4372
4373         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4374
4375         /* First allocation attempt */
4376         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4377         if (likely(page))
4378                 goto out;
4379
4380         /*
4381          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4382          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4383          * from a particular context which has been marked by
4384          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4385          */
4386         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4387         ac.spread_dirty_pages = false;
4388
4389         /*
4390          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4391          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4392          */
4393         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4394                 ac.nodemask = nodemask;
4395
4396         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4397
4398 out:
4399         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4400             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4401                 __free_pages(page, order);
4402                 page = NULL;
4403         }
4404
4405         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4406
4407         return page;
4408 }
4409 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4410
4411 /*
4412  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4413  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4414  * you need to access high mem.
4415  */
4416 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4417 {
4418         struct page *page;
4419
4420         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4421         if (!page)
4422                 return 0;
4423         return (unsigned long) page_address(page);
4424 }
4425 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4426
4427 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4428 {
4429         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4430 }
4431 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4432
4433 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4434 {
4435         if (put_page_testzero(page)) {
4436                 if (order == 0)
4437                         free_unref_page(page);
4438                 else
4439                         __free_pages_ok(page, order);
4440         }
4441 }
4442
4443 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4444
4445 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4446 {
4447         if (addr != 0) {
4448                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4449                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4450         }
4451 }
4452
4453 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4454
4455 /*
4456  * Page Fragment:
4457  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4458  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4459  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4460  *
4461  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4462  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4463  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4464  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4465  */
4466 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4467                                              gfp_t gfp_mask)
4468 {
4469         struct page *page = NULL;
4470         gfp_t gfp = gfp_mask;
4471
4472 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4473         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4474                     __GFP_NOMEMALLOC;
4475         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4476                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4477         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4478 #endif
4479         if (unlikely(!page))
4480                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4481
4482         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4483
4484         return page;
4485 }
4486
4487 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4488 {
4489         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4490
4491         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4492                 unsigned int order = compound_order(page);
4493
4494                 if (order == 0)
4495                         free_unref_page(page);
4496                 else
4497                         __free_pages_ok(page, order);
4498         }
4499 }
4500 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4501
4502 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4503                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4504 {
4505         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4506         struct page *page;
4507         int offset;
4508
4509         if (unlikely(!nc->va)) {
4510 refill:
4511                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4512                 if (!page)
4513                         return NULL;
4514
4515 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4516                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4517                 size = nc->size;
4518 #endif
4519                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4520                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4521                  */
4522                 page_ref_add(page, size - 1);
4523
4524                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4525                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4526                 nc->pagecnt_bias = size;
4527                 nc->offset = size;
4528         }
4529
4530         offset = nc->offset - fragsz;
4531         if (unlikely(offset < 0)) {
4532                 page = virt_to_page(nc->va);
4533
4534                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4535                         goto refill;
4536
4537 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4538                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4539                 size = nc->size;
4540 #endif
4541                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4542                 set_page_count(page, size);
4543
4544                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4545                 nc->pagecnt_bias = size;
4546                 offset = size - fragsz;
4547         }
4548
4549         nc->pagecnt_bias--;
4550         nc->offset = offset;
4551
4552         return nc->va + offset;
4553 }
4554 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4555
4556 /*
4557  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4558  */
4559 void page_frag_free(void *addr)
4560 {
4561         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4562
4563         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4564                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4565 }
4566 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4567
4568 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4569                 size_t size)
4570 {
4571         if (addr) {
4572                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4573                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4574
4575                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4576                 while (used < alloc_end) {
4577                         free_page(used);
4578                         used += PAGE_SIZE;
4579                 }
4580         }
4581         return (void *)addr;
4582 }
4583
4584 /**
4585  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4586  * @size: the number of bytes to allocate
4587  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4588  *
4589  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4590  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4591  * allocate memory in power-of-two pages.
4592  *
4593  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4594  *
4595  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4596  */
4597 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4598 {
4599         unsigned int order = get_order(size);
4600         unsigned long addr;
4601
4602         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4603         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4604 }
4605 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4606
4607 /**
4608  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4609  *                         pages on a node.
4610  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4611  * @size: the number of bytes to allocate
4612  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4613  *
4614  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4615  * back.
4616  */
4617 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4618 {
4619         unsigned int order = get_order(size);
4620         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4621         if (!p)
4622                 return NULL;
4623         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4624 }
4625
4626 /**
4627  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4628  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4629  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4630  *
4631  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4632  */
4633 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4634 {
4635         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4636         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4637
4638         while (addr < end) {
4639                 free_page(addr);
4640                 addr += PAGE_SIZE;
4641         }
4642 }
4643 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4644
4645 /**
4646  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4647  * @offset: The zone index of the highest zone
4648  *
4649  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4650  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4651  * zone, the number of pages is calculated as:
4652  *
4653  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4654  */
4655 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4656 {
4657         struct zoneref *z;
4658         struct zone *zone;
4659
4660         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4661         unsigned long sum = 0;
4662
4663         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4664
4665         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4666                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4667                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4668                 if (size > high)
4669                         sum += size - high;
4670         }
4671
4672         return sum;
4673 }
4674
4675 /**
4676  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4677  *
4678  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4679  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4680  */
4681 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4682 {
4683         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4684 }
4685 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4686
4687 /**
4688  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4689  *
4690  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4691  * high watermark within all zones.
4692  */
4693 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4694 {
4695         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4696 }
4697
4698 static inline void show_node(struct zone *zone)
4699 {
4700         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4701                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4702 }
4703
4704 long si_mem_available(void)
4705 {
4706         long available;
4707         unsigned long pagecache;
4708         unsigned long wmark_low = 0;
4709         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4710         unsigned long reclaimable;
4711         struct zone *zone;
4712         int lru;
4713
4714         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4715                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4716
4717         for_each_zone(zone)
4718                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4719
4720         /*
4721          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4722          * without causing swapping.
4723          */
4724         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4725
4726         /*
4727          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4728          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4729          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4730          */
4731         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4732         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4733         available += pagecache;
4734
4735         /*
4736          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
4737          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
4738          * low watermark.
4739          */
4740         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
4741                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
4742         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
4743
4744         if (available < 0)
4745                 available = 0;
4746         return available;
4747 }
4748 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4749
4750 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4751 {
4752         val->totalram = totalram_pages;
4753         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4754         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4755         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4756         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4757         val->freehigh = nr_free_highpages();
4758         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4759 }
4760
4761 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4762
4763 #ifdef CONFIG_NUMA
4764 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4765 {
4766         int zone_type;          /* needs to be signed */
4767         unsigned long managed_pages = 0;
4768         unsigned long managed_highpages = 0;
4769         unsigned long free_highpages = 0;
4770         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4771
4772         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4773                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4774         val->totalram = managed_pages;
4775         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4776         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4777 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4778         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4779                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4780
4781                 if (is_highmem(zone)) {
4782                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4783                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4784                 }
4785         }
4786         val->totalhigh = managed_highpages;
4787         val->freehigh = free_highpages;
4788 #else
4789         val->totalhigh = managed_highpages;
4790         val->freehigh = free_highpages;
4791 #endif
4792         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4793 }
4794 #endif
4795
4796 /*
4797  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4798  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4799  */
4800 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4801 {
4802         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4803                 return false;
4804
4805         /*
4806          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4807          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4808          * have to be precise here.
4809          */
4810         if (!nodemask)
4811                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4812
4813         return !node_isset(nid, *nodemask);
4814 }
4815
4816 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4817
4818 static void show_migration_types(unsigned char type)
4819 {
4820         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4821                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4822                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4823                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4824                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4825 #ifdef CONFIG_CMA
4826                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4827 #endif
4828 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4829                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4830 #endif
4831         };
4832         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4833         char *p = tmp;
4834         int i;
4835
4836         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4837                 if (type & (1 << i))
4838                         *p++ = types[i];
4839         }
4840
4841         *p = '\0';
4842         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4843 }
4844
4845 /*
4846  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4847  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4848  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4849  *
4850  * Bits in @filter:
4851  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4852  *   cpuset.
4853  */
4854 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4855 {
4856         unsigned long free_pcp = 0;
4857         int cpu;
4858         struct zone *zone;
4859         pg_data_t *pgdat;
4860
4861         for_each_populated_zone(zone) {
4862                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4863                         continue;
4864
4865                 for_each_online_cpu(cpu)
4866                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4867         }
4868
4869         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4870                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4871                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4872                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4873                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4874                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4875                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4876                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4877                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4878                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4879                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4880                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4881                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4882                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4883                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4884                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4885                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4886                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4887                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4888                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4889                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4890                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4891                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4892                 free_pcp,
4893                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4894
4895         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4896                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4897                         continue;
4898
4899                 printk("Node %d"
4900                         " active_anon:%lukB"
4901                         " inactive_anon:%lukB"
4902                         " active_file:%lukB"
4903                         " inactive_file:%lukB"
4904                         " unevictable:%lukB"
4905                         " isolated(anon):%lukB"
4906                         " isolated(file):%lukB"
4907                         " mapped:%lukB"
4908                         " dirty:%lukB"
4909                         " writeback:%lukB"
4910                         " shmem:%lukB"
4911 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4912                         " shmem_thp: %lukB"
4913                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4914                         " anon_thp: %lukB"
4915 #endif
4916                         " writeback_tmp:%lukB"
4917                         " unstable:%lukB"
4918                         " all_unreclaimable? %s"
4919                         "\n",
4920                         pgdat->node_id,
4921                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4922                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4923                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4925                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4926                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4928                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4929                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4930                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4931                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4932 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4933                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4934                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4935                                         * HPAGE_PMD_NR),
4936                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4937 #endif
4938                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4939                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4940                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4941                                 "yes" : "no");
4942         }
4943
4944         for_each_populated_zone(zone) {
4945                 int i;
4946
4947                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4948                         continue;
4949
4950                 free_pcp = 0;
4951                 for_each_online_cpu(cpu)
4952                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4953
4954                 show_node(zone);
4955                 printk(KERN_CONT
4956                         "%s"
4957                         " free:%lukB"
4958                         " min:%lukB"
4959                         " low:%lukB"
4960                         " high:%lukB"
4961                         " active_anon:%lukB"
4962                         " inactive_anon:%lukB"
4963                         " active_file:%lukB"
4964                         " inactive_file:%lukB"
4965                         " unevictable:%lukB"
4966                         " writepending:%lukB"
4967                         " present:%lukB"
4968                         " managed:%lukB"
4969                         " mlocked:%lukB"
4970                         " kernel_stack:%lukB"
4971                         " pagetables:%lukB"
4972                         " bounce:%lukB"
4973                         " free_pcp:%lukB"
4974                         " local_pcp:%ukB"
4975                         " free_cma:%lukB"
4976                         "\n",
4977                         zone->name,
4978                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4979                         K(min_wmark_pages(zone)),
4980                         K(low_wmark_pages(zone)),
4981                         K(high_wmark_pages(zone)),
4982                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4983                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4984                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4985                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4986                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4987                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4988                         K(zone->present_pages),
4989                         K(zone->managed_pages),
4990                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4991                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4992                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4993                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4994                         K(free_pcp),
4995                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4996                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4997                 printk("lowmem_reserve[]:");
4998                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4999                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5000                 printk(KERN_CONT "\n");
5001         }
5002
5003         for_each_populated_zone(zone) {
5004                 unsigned int order;
5005                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5006                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5007
5008                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5009                         continue;
5010                 show_node(zone);
5011                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5012
5013                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5014                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5015                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5016                         int type;
5017
5018                         nr[order] = area->nr_free;
5019                         total += nr[order] << order;
5020
5021                         types[order] = 0;
5022                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5023                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5024                                         types[order] |= 1 << type;
5025                         }
5026                 }
5027                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5028                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5029                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5030                                nr[order], K(1UL) << order);
5031                         if (nr[order])
5032                                 show_migration_types(types[order]);
5033                 }
5034                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5035         }
5036
5037         hugetlb_show_meminfo();
5038
5039         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5040
5041         show_swap_cache_info();
5042 }
5043
5044 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5045 {
5046         zoneref->zone = zone;
5047         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5048 }
5049
5050 /*
5051  * Builds allocation fallback zone lists.
5052  *
5053  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5054  */
5055 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5056 {
5057         struct zone *zone;
5058         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5059         int nr_zones = 0;
5060
5061         do {
5062                 zone_type--;
5063                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5064                 if (managed_zone(zone)) {
5065                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5066                         check_highest_zone(zone_type);
5067                 }
5068         } while (zone_type);
5069
5070         return nr_zones;
5071 }
5072
5073 #ifdef CONFIG_NUMA
5074
5075 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5076 {
5077         /*
5078          * We used to support different zonlists modes but they turned
5079          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5080          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5081          * not fail it silently
5082          */
5083         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5084                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5085                 return -EINVAL;
5086         }
5087         return 0;
5088 }
5089
5090 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5091 {
5092         if (!s)
5093                 return 0;
5094
5095         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5096 }
5097 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5098
5099 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5100
5101 /*
5102  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5103  */
5104 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5105                 void __user *buffer, size_t *length,
5106                 loff_t *ppos)
5107 {
5108         char *str;
5109         int ret;
5110
5111         if (!write)
5112                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5113         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5114         if (IS_ERR(str))
5115                 return PTR_ERR(str);
5116
5117         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5118         kfree(str);
5119         return ret;
5120 }
5121
5122
5123 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5124 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5125
5126 /**
5127  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5128  * @node: node whose fallback list we're appending
5129  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5130  *
5131  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5132  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5133  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5134  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5135  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5136  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5137  * on them otherwise.
5138  * It returns -1 if no node is found.
5139  */
5140 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5141 {
5142         int n, val;
5143         int min_val = INT_MAX;
5144         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5145         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5146
5147         /* Use the local node if we haven't already */
5148         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5149                 node_set(node, *used_node_mask);
5150                 return node;
5151         }
5152
5153         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5154
5155                 /* Don't want a node to appear more than once */
5156                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5157                         continue;
5158
5159                 /* Use the distance array to find the distance */
5160                 val = node_distance(node, n);
5161
5162                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5163                 val += (n < node);
5164
5165                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5166                 tmp = cpumask_of_node(n);
5167                 if (!cpumask_empty(tmp))
5168                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5169
5170                 /* Slight preference for less loaded node */
5171                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5172                 val += node_load[n];
5173
5174                 if (val < min_val) {
5175                         min_val = val;
5176                         best_node = n;
5177                 }
5178         }
5179
5180         if (best_node >= 0)
5181                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5182
5183         return best_node;
5184 }
5185
5186
5187 /*
5188  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5189  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5190  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5191  */
5192 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5193                 unsigned nr_nodes)
5194 {
5195         struct zoneref *zonerefs;
5196         int i;
5197
5198         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5199
5200         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5201                 int nr_zones;
5202
5203                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5204
5205                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5206                 zonerefs += nr_zones;
5207         }
5208         zonerefs->zone = NULL;
5209         zonerefs->zone_idx = 0;
5210 }
5211
5212 /*
5213  * Build gfp_thisnode zonelists
5214  */
5215 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5216 {
5217         struct zoneref *zonerefs;
5218         int nr_zones;
5219
5220         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5221         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5222         zonerefs += nr_zones;
5223         zonerefs->zone = NULL;
5224         zonerefs->zone_idx = 0;
5225 }
5226
5227 /*
5228  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5229  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5230  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5231  * may still exist in local DMA zone.
5232  */
5233
5234 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5235 {
5236         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5237         int node, load, nr_nodes = 0;
5238         nodemask_t used_mask;
5239         int local_node, prev_node;
5240
5241         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5242         local_node = pgdat->node_id;
5243         load = nr_online_nodes;
5244         prev_node = local_node;
5245         nodes_clear(used_mask);
5246
5247         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5248         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5249                 /*
5250                  * We don't want to pressure a particular node.
5251                  * So adding penalty to the first node in same
5252                  * distance group to make it round-robin.
5253                  */
5254                 if (node_distance(local_node, node) !=
5255                     node_distance(local_node, prev_node))
5256                         node_load[node] = load;
5257
5258                 node_order[nr_nodes++] = node;
5259                 prev_node = node;
5260                 load--;
5261         }
5262
5263         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5264         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5265 }
5266
5267 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5268 /*
5269  * Return node id of node used for "local" allocations.
5270  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5271  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5272  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5273  */
5274 int local_memory_node(int node)
5275 {
5276         struct zoneref *z;
5277
5278         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5279                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5280                                    NULL);
5281         return zone_to_nid(z->zone);
5282 }
5283 #endif
5284
5285 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5286 static void setup_min_slab_ratio(void);
5287 #else   /* CONFIG_NUMA */
5288
5289 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5290 {
5291         int node, local_node;
5292         struct zoneref *zonerefs;
5293         int nr_zones;
5294
5295         local_node = pgdat->node_id;
5296
5297         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5298         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5299         zonerefs += nr_zones;
5300
5301         /*
5302          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5303          * of all the other nodes.
5304          * We don't want to pressure a particular node, so when
5305          * building the zones for node N, we make sure that the
5306          * zones coming right after the local ones are those from
5307          * node N+1 (modulo N)
5308          */
5309         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5310                 if (!node_online(node))
5311                         continue;
5312                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5313                 zonerefs += nr_zones;
5314         }
5315         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5316                 if (!node_online(node))
5317                         continue;
5318                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5319                 zonerefs += nr_zones;
5320         }
5321
5322         zonerefs->zone = NULL;
5323         zonerefs->zone_idx = 0;
5324 }
5325
5326 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5327
5328 /*
5329  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5330  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5331  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5332  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5333  * with interrupts disabled.
5334  *
5335  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5336  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5337  * hotplugged processors.
5338  *
5339  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5340  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5341  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5342  */
5343 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5344 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5345 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5346
5347 static void __build_all_zonelists(void *data)
5348 {
5349         int nid;
5350         int __maybe_unused cpu;
5351         pg_data_t *self = data;
5352         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5353
5354         spin_lock(&lock);
5355
5356 #ifdef CONFIG_NUMA
5357         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5358 #endif
5359
5360         /*
5361          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5362          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5363          */
5364         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5365                 build_zonelists(self);
5366         } else {
5367                 for_each_online_node(nid) {
5368                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5369
5370                         build_zonelists(pgdat);
5371                 }
5372
5373 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5374                 /*
5375                  * We now know the "local memory node" for each node--
5376                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5377                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5378                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5379                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5380                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5381                  */
5382                 for_each_online_cpu(cpu)
5383                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5384 #endif
5385         }
5386
5387         spin_unlock(&lock);
5388 }
5389
5390 static noinline void __init
5391 build_all_zonelists_init(void)
5392 {
5393         int cpu;
5394
5395         __build_all_zonelists(NULL);
5396
5397         /*
5398          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5399          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5400          * each zone will be allocated later when the per cpu
5401          * allocator is available.
5402          *
5403          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5404          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5405          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5406          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5407          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5408          * (a chicken-egg dilemma).
5409          */
5410         for_each_possible_cpu(cpu)
5411                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5412
5413         mminit_verify_zonelist();
5414         cpuset_init_current_mems_allowed();
5415 }
5416
5417 /*
5418  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5419  *
5420  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5421  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5422  */
5423 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5424 {
5425         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5426                 build_all_zonelists_init();
5427         } else {
5428                 __build_all_zonelists(pgdat);
5429                 /* cpuset refresh routine should be here */
5430         }
5431         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5432         /*
5433          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5434          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5435          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5436          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5437          * disabled and enable it later
5438          */
5439         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5440                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5441         else
5442                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5443
5444         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5445                 nr_online_nodes,
5446                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5447                 vm_total_pages);
5448 #ifdef CONFIG_NUMA
5449         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5450 #endif
5451 }
5452
5453 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5454 static bool __meminit
5455 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5456 {
5457 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5458         static struct memblock_region *r;
5459
5460         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5461                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5462                         for_each_memblock(memory, r) {
5463                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5464                                         break;
5465                         }
5466                 }
5467                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5468                     memblock_is_mirror(r)) {
5469                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5470                         return true;
5471                 }
5472         }
5473 #endif
5474         return false;
5475 }
5476
5477 /*
5478  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5479  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5480  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5481  */
5482 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5483                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5484                 struct vmem_altmap *altmap)
5485 {
5486         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5487         struct page *page;
5488
5489         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5490                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5491
5492 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5493         /*
5494          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5495          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5496          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5497          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5498          * the hotplug lock.
5499          */
5500         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5501                 if (!altmap)
5502                         return;
5503
5504                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5505                         start_pfn += altmap->reserve;
5506                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5507         }
5508 #endif
5509
5510         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5511                 /*
5512                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5513                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5514                  */
5515                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5516                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5517                                 continue;
5518                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5519                                 continue;
5520                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5521                                 continue;
5522                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5523                                 break;
5524                 }
5525
5526                 page = pfn_to_page(pfn);
5527                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5528                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5529                         __SetPageReserved(page);
5530
5531                 /*
5532                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5533                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5534                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5535                  * the address space during boot when many long-lived
5536                  * kernel allocations are made.
5537                  *
5538                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5539                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5540                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5541                  * pfn out of zone.
5542                  */
5543                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5544                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5545                         cond_resched();
5546                 }
5547         }
5548 }
5549
5550 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5551 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5552                                    unsigned long start_pfn,
5553                                    unsigned long size,
5554                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5555 {
5556         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5557         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5558         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5559         unsigned long start = jiffies;
5560         int nid = pgdat->node_id;
5561
5562         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5563                 return;
5564
5565         /*
5566          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5567          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5568          * the end of that region and start processing the device pages.
5569          */
5570         if (pgmap->altmap_valid) {
5571                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5572
5573                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5574                 size = end_pfn - start_pfn;
5575         }
5576
5577         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5578                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5579
5580                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5581
5582                 /*
5583                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5584                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5585                  *
5586                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5587                  * the flag as we are still initializing the pages.
5588                  */
5589                 __SetPageReserved(page);
5590
5591                 /*
5592                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5593                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5594                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5595                  */
5596                 page->pgmap = pgmap;
5597                 page->hmm_data = 0;
5598
5599                 /*
5600                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5601                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5602                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5603                  * the address space during boot when many long-lived
5604                  * kernel allocations are made.
5605                  *
5606                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5607                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5608                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5609                  * pfn out of zone.
5610                  *
5611                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5612                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5613                  */
5614                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5615                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5616                         cond_resched();
5617                 }
5618         }
5619
5620         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5621                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5622 }
5623
5624 #endif
5625 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5626 {
5627         unsigned int order, t;
5628         for_each_migratetype_order(order, t) {
5629                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5630                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5631         }
5632 }
5633
5634 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5635                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5636 {
5637         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5638 }
5639
5640 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5641 {
5642 #ifdef CONFIG_MMU
5643         int batch;
5644
5645         /*
5646          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5647          * size of the zone.
5648          */
5649         batch = zone->managed_pages / 1024;
5650         /* But no more than a meg. */
5651         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5652                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5653         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5654         if (batch < 1)
5655                 batch = 1;
5656
5657         /*
5658          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5659          * of 2 value was found to be more likely to have
5660          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5661          *
5662          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5663          * batches of pages, one task can end up with a lot
5664          * of pages of one half of the possible page colors
5665          * and the other with pages of the other colors.
5666          */
5667         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5668
5669         return batch;
5670
5671 #else
5672         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5673          * conditions.
5674          *
5675          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5676          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5677          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5678          *
5679          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5680          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5681          * can be a significant delay between the individual batches being
5682          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5683          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5684          */
5685         return 0;
5686 #endif
5687 }
5688
5689 /*
5690  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5691  * ->batch must never be higher then ->high.
5692  * The following function updates them in a safe manner without read side
5693  * locking.
5694  *
5695  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5696  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5697  *
5698  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5699  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5700  * exist).
5701  */
5702 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5703                 unsigned long batch)
5704 {
5705        /* start with a fail safe value for batch */
5706         pcp->batch = 1;
5707         smp_wmb();
5708
5709        /* Update high, then batch, in order */
5710         pcp->high = high;
5711         smp_wmb();
5712
5713         pcp->batch = batch;
5714 }
5715
5716 /* a companion to pageset_set_high() */
5717 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5718 {
5719         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5720 }
5721
5722 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5723 {
5724         struct per_cpu_pages *pcp;
5725         int migratetype;
5726
5727         memset(p, 0, sizeof(*p));
5728
5729         pcp = &p->pcp;
5730         pcp->count = 0;
5731         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5732                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5733 }
5734
5735 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5736 {
5737         pageset_init(p);
5738         pageset_set_batch(p, batch);
5739 }
5740
5741 /*
5742  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5743  * to the value high for the pageset p.
5744  */
5745 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5746                                 unsigned long high)
5747 {
5748         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5749         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5750                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5751
5752         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5753 }
5754
5755 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5756                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5757 {
5758         if (percpu_pagelist_fraction)
5759                 pageset_set_high(pcp,
5760                         (zone->managed_pages /
5761                                 percpu_pagelist_fraction));
5762         else
5763                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5764 }
5765
5766 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5767 {
5768         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5769
5770         pageset_init(pcp);
5771         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5772 }
5773
5774 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5775 {
5776         int cpu;
5777         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5778         for_each_possible_cpu(cpu)
5779                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5780 }
5781
5782 /*
5783  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5784  * Before this call only boot pagesets were available.
5785  */
5786 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5787 {
5788         struct pglist_data *pgdat;
5789         struct zone *zone;
5790
5791         for_each_populated_zone(zone)
5792                 setup_zone_pageset(zone);
5793
5794         for_each_online_pgdat(pgdat)
5795                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5796                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5797 }
5798
5799 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5800 {
5801         /*
5802          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5803          * relies on the ability of the linker to provide the
5804          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5805          */
5806         zone->pageset = &boot_pageset;
5807
5808         if (populated_zone(zone))
5809                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5810                         zone->name, zone->present_pages,
5811                                          zone_batchsize(zone));
5812 }
5813
5814 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5815                                         unsigned long zone_start_pfn,
5816                                         unsigned long size)
5817 {
5818         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5819
5820         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5821
5822         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5823
5824         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5825                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5826                         pgdat->node_id,
5827                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5828                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5829
5830         zone_init_free_lists(zone);
5831         zone->initialized = 1;
5832 }
5833
5834 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5835 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5836
5837 /*
5838  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5839  */
5840 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5841                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5842 {
5843         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5844         int nid;
5845
5846         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5847                 return state->last_nid;
5848
5849         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5850         if (nid != -1) {
5851                 state->last_start = start_pfn;
5852                 state->last_end = end_pfn;
5853                 state->last_nid = nid;
5854         }
5855
5856         return nid;
5857 }
5858 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5859
5860 /**
5861  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5862  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5863  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5864  *
5865  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5866  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5867  * memblock_free_early_nid() manually.
5868  */
5869 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5870 {
5871         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5872         int i, this_nid;
5873
5874         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5875                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5876                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5877
5878                 if (start_pfn < end_pfn)
5879                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5880                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5881                                         this_nid);
5882         }
5883 }
5884
5885 /**
5886  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5887  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5888  *
5889  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5890  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5891  */
5892 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5893 {
5894         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5895         int i, this_nid;
5896
5897         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5898                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5899 }
5900
5901 /**
5902  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5903  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5904  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5905  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5906  *
5907  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5908  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5909  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5910  * PFNs will be 0.
5911  */
5912 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5913                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5914 {
5915         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5916         int i;
5917
5918         *start_pfn = -1UL;
5919         *end_pfn = 0;
5920
5921         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5922                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5923                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5924         }
5925
5926         if (*start_pfn == -1UL)
5927                 *start_pfn = 0;
5928 }
5929
5930 /*
5931  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5932  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5933  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5934  */
5935 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5936 {
5937         int zone_index;
5938         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5939                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5940                         continue;
5941
5942                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5943                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5944                         break;
5945         }
5946
5947         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5948         movable_zone = zone_index;
5949 }
5950
5951 /*
5952  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5953  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5954  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5955  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5956  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5957  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5958  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5959  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5960  */
5961 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5962                                         unsigned long zone_type,
5963                                         unsigned long node_start_pfn,
5964                                         unsigned long node_end_pfn,
5965                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5966                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5967 {
5968         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5969         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5970                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5971                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5972                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5973                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5974                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5975
5976                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5977                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5978                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5979                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5980                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5981
5982                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5983                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5984                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5985         }
5986 }
5987
5988 /*
5989  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5990  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5991  */
5992 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5993                                         unsigned long zone_type,
5994                                         unsigned long node_start_pfn,
5995                                         unsigned long node_end_pfn,
5996                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5997                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5998                                         unsigned long *ignored)
5999 {
6000         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6001         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6002                 return 0;
6003
6004         /* Get the start and end of the zone */
6005         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6006         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6007         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6008                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6009                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6010
6011         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6012         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6013                 return 0;
6014
6015         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6016         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6017         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6018
6019         /* Return the spanned pages */
6020         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6021 }
6022
6023 /*
6024  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6025  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6026  */
6027 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
6028                                 unsigned long range_start_pfn,
6029                                 unsigned long range_end_pfn)
6030 {
6031         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6032         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6033         int i;
6034
6035         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6036                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6037                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6038                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6039         }
6040         return nr_absent;
6041 }
6042
6043 /**
6044  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6045  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6046  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6047  *
6048  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
6049  */
6050 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6051                                                         unsigned long end_pfn)
6052 {
6053         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6054 }
6055
6056 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6057 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6058                                         unsigned long zone_type,
6059                                         unsigned long node_start_pfn,
6060                                         unsigned long node_end_pfn,
6061                                         unsigned long *ignored)
6062 {
6063         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6064         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6065         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6066         unsigned long nr_absent;
6067
6068         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6069         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6070                 return 0;
6071
6072         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6073         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6074
6075         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6076                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6077                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6078         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6079
6080         /*
6081          * ZONE_MOVABLE handling.
6082          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6083          * and vice versa.
6084          */
6085         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6086                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6087                 struct memblock_region *r;
6088
6089                 for_each_memblock(memory, r) {
6090                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6091                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6092                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6093                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6094
6095                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6096                             memblock_is_mirror(r))
6097                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6098
6099                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6100                             !memblock_is_mirror(r))
6101                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6102                 }
6103         }
6104
6105         return nr_absent;
6106 }
6107
6108 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6109 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6110                                         unsigned long zone_type,
6111                                         unsigned long node_start_pfn,
6112                                         unsigned long node_end_pfn,
6113                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6114                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6115                                         unsigned long *zones_size)
6116 {
6117         unsigned int zone;
6118
6119         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6120         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6121                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6122
6123         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6124
6125         return zones_size[zone_type];
6126 }
6127
6128 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6129                                                 unsigned long zone_type,
6130                                                 unsigned long node_start_pfn,
6131                                                 unsigned long node_end_pfn,
6132                                                 unsigned long *zholes_size)
6133 {
6134         if (!zholes_size)
6135                 return 0;
6136
6137         return zholes_size[zone_type];
6138 }
6139
6140 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6141
6142 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6143                                                 unsigned long node_start_pfn,
6144                                                 unsigned long node_end_pfn,
6145                                                 unsigned long *zones_size,
6146                                                 unsigned long *zholes_size)
6147 {
6148         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6149         enum zone_type i;
6150
6151         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6152                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6153                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6154                 unsigned long size, real_size;
6155
6156                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6157                                                   node_start_pfn,
6158                                                   node_end_pfn,
6159                                                   &zone_start_pfn,
6160                                                   &zone_end_pfn,
6161                                                   zones_size);
6162                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6163                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6164                                                   zholes_size);
6165                 if (size)
6166                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6167                 else
6168                         zone->zone_start_pfn = 0;
6169                 zone->spanned_pages = size;
6170                 zone->present_pages = real_size;
6171
6172                 totalpages += size;
6173                 realtotalpages += real_size;
6174         }
6175
6176         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6177         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6178         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6179                                                         realtotalpages);
6180 }
6181
6182 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6183 /*
6184  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6185  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6186  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6187  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6188  * bytes.
6189  */
6190 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6191 {
6192         unsigned long usemapsize;
6193
6194         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6195         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6196         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6197         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6198         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6199
6200         return usemapsize / 8;
6201 }
6202
6203 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6204                                 struct zone *zone,
6205                                 unsigned long zone_start_pfn,
6206                                 unsigned long zonesize)
6207 {
6208         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6209         zone->pageblock_flags = NULL;
6210         if (usemapsize)
6211                 zone->pageblock_flags =
6212                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6213                                                          pgdat->node_id);
6214 }
6215 #else
6216 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6217                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6218 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6219
6220 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6221
6222 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6223 void __init set_pageblock_order(void)
6224 {
6225         unsigned int order;
6226
6227         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6228         if (pageblock_order)
6229                 return;
6230
6231         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6232                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6233         else
6234                 order = MAX_ORDER - 1;
6235
6236         /*
6237          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6238          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6239          * powerpc.
6240          */
6241         pageblock_order = order;
6242 }
6243 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6244
6245 /*
6246  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6247  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6248  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6249  * the kernel config
6250  */
6251 void __init set_pageblock_order(void)
6252 {
6253 }
6254
6255 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6256
6257 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6258                                                 unsigned long present_pages)
6259 {
6260         unsigned long pages = spanned_pages;
6261
6262         /*
6263          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6264          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6265          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6266          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6267          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6268          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6269          */
6270         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6271             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6272                 pages = present_pages;
6273
6274         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6275 }
6276
6277 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6278 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6279 {
6280         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6281         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6282         pgdat->split_queue_len = 0;
6283 }
6284 #else
6285 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6286 #endif
6287
6288 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6289 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6290 {
6291         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6292 }
6293 #else
6294 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6295 #endif
6296
6297 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6298 {
6299         pgdat_resize_init(pgdat);
6300
6301         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6302         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6303
6304         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6305         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6306
6307         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6308         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6309         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6310 }
6311
6312 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6313                                                         unsigned long remaining_pages)
6314 {
6315         zone->managed_pages = remaining_pages;
6316         zone_set_nid(zone, nid);
6317         zone->name = zone_names[idx];
6318         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6319         spin_lock_init(&zone->lock);
6320         zone_seqlock_init(zone);
6321         zone_pcp_init(zone);
6322 }
6323
6324 /*
6325  * Set up the zone data structures
6326  * - init pgdat internals
6327  * - init all zones belonging to this node
6328  *
6329  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6330  */
6331 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6332 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6333 {
6334         enum zone_type z;
6335         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6336
6337         pgdat_init_internals(pgdat);
6338         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6339                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6340 }
6341 #endif
6342
6343 /*
6344  * Set up the zone data structures:
6345  *   - mark all pages reserved
6346  *   - mark all memory queues empty
6347  *   - clear the memory bitmaps
6348  *
6349  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6350  * NOTE: this function is only called during early init.
6351  */
6352 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6353 {
6354         enum zone_type j;
6355         int nid = pgdat->node_id;
6356
6357         pgdat_init_internals(pgdat);
6358         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6359
6360         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6361                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6362                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6363                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6364
6365                 size = zone->spanned_pages;
6366                 freesize = zone->present_pages;
6367
6368                 /*
6369                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6370                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6371                  * and per-cpu initialisations
6372                  */
6373                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6374                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6375                         if (freesize >= memmap_pages) {
6376                                 freesize -= memmap_pages;
6377                                 if (memmap_pages)
6378                                         printk(KERN_DEBUG
6379                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6380                                                zone_names[j], memmap_pages);
6381                         } else
6382                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6383                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6384                 }
6385
6386                 /* Account for reserved pages */
6387                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6388                         freesize -= dma_reserve;
6389                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6390                                         zone_names[0], dma_reserve);
6391                 }
6392
6393                 if (!is_highmem_idx(j))
6394                         nr_kernel_pages += freesize;
6395                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6396                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6397                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6398                 nr_all_pages += freesize;
6399
6400                 /*
6401                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6402                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6403                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6404                  */
6405                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6406
6407                 if (!size)
6408                         continue;
6409
6410                 set_pageblock_order();
6411                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6412                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6413                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6414         }
6415 }
6416
6417 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6418 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6419 {
6420         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6421         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6422
6423         /* Skip empty nodes */
6424         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6425                 return;
6426
6427         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6428         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6429         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6430         if (!pgdat->node_mem_map) {
6431                 unsigned long size, end;
6432                 struct page *map;
6433
6434                 /*
6435                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6436                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6437                  * for the buddy allocator to function correctly.
6438                  */
6439                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6440                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6441                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6442                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6443                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6444         }
6445         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6446                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6447                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6448 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6449         /*
6450          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6451          */
6452         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6453                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6454 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6455                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6456                         mem_map -= offset;
6457 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6458         }
6459 #endif
6460 }
6461 #else
6462 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6463 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6464
6465 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6466 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6467 {
6468         /*
6469          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6470          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6471          */
6472         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6473                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6474         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6475 }
6476 #else
6477 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6478 #endif
6479
6480 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6481                                    unsigned long node_start_pfn,
6482                                    unsigned long *zholes_size)
6483 {
6484         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6485         unsigned long start_pfn = 0;
6486         unsigned long end_pfn = 0;
6487
6488         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6489         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6490
6491         pgdat->node_id = nid;
6492         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6493         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6494 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6495         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6496         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6497                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6498                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6499 #else
6500         start_pfn = node_start_pfn;
6501 #endif
6502         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6503                                   zones_size, zholes_size);
6504
6505         alloc_node_mem_map(pgdat);
6506         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6507
6508         free_area_init_core(pgdat);
6509 }
6510
6511 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6512
6513 /*
6514  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6515  * pages zeroed
6516  */
6517 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6518 {
6519         unsigned long pfn;
6520         u64 pgcnt = 0;
6521
6522         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6523                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6524                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6525                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6526                         continue;
6527                 }
6528                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6529                 pgcnt++;
6530         }
6531
6532         return pgcnt;
6533 }
6534
6535 /*
6536  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6537  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6538  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6539  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6540  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6541  *
6542  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6543  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6544  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6545  * layout is manually configured via memmap=.
6546  */
6547 void __init zero_resv_unavail(void)
6548 {
6549         phys_addr_t start, end;
6550         u64 i, pgcnt;
6551         phys_addr_t next = 0;
6552
6553         /*
6554          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6555          */
6556         pgcnt = 0;
6557         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6558                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6559                 if (next < start)
6560                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6561                 next = end;
6562         }
6563         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6564
6565         /*
6566          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6567          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6568          */
6569         if (pgcnt)
6570                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6571 }
6572 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6573
6574 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6575
6576 #if MAX_NUMNODES > 1
6577 /*
6578  * Figure out the number of possible node ids.
6579  */
6580 void __init setup_nr_node_ids(void)
6581 {
6582         unsigned int highest;
6583
6584         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6585         nr_node_ids = highest + 1;
6586 }
6587 #endif
6588
6589 /**
6590  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6591  *
6592  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6593  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6594  * all the nodes.
6595  *
6596  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6597  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6598  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6599  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6600  *
6601  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6602  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6603  * populated node map.
6604  *
6605  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6606  * requirement (single node).
6607  */
6608 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6609 {
6610         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6611         unsigned long start, end, mask;
6612         int last_nid = -1;
6613         int i, nid;
6614
6615         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6616                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6617                         last_nid = nid;
6618                         last_end = end;
6619                         continue;
6620                 }
6621
6622                 /*
6623                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6624                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6625                  * too coarse to separate the current node from the last.
6626                  */
6627                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6628                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6629                         mask <<= 1;
6630
6631                 /* accumulate all internode masks */
6632                 accl_mask |= mask;
6633         }
6634
6635         /* convert mask to number of pages */
6636         return ~accl_mask + 1;
6637 }
6638
6639 /* Find the lowest pfn for a node */
6640 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6641 {
6642         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6643         unsigned long start_pfn;
6644         int i;
6645
6646         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6647                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6648
6649         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6650                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6651                 return 0;
6652         }
6653
6654         return min_pfn;
6655 }
6656
6657 /**
6658  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6659  *
6660  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6661  * memblock_set_node().
6662  */
6663 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6664 {
6665         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6666 }
6667
6668 /*
6669  * early_calculate_totalpages()
6670  * Sum pages in active regions for movable zone.
6671  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6672  */
6673 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6674 {
6675         unsigned long totalpages = 0;
6676         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6677         int i, nid;
6678
6679         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6680                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6681
6682                 totalpages += pages;
6683                 if (pages)
6684                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6685         }
6686         return totalpages;
6687 }
6688
6689 /*
6690  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6691  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6692  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6693  * others
6694  */
6695 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6696 {
6697         int i, nid;
6698         unsigned long usable_startpfn;
6699         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6700         /* save the state before borrow the nodemask */
6701         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6702         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6703         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6704         struct memblock_region *r;
6705
6706         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6707         find_usable_zone_for_movable();
6708
6709         /*
6710          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6711          * options.
6712          */
6713         if (movable_node_is_enabled()) {
6714                 for_each_memblock(memory, r) {
6715                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6716                                 continue;
6717
6718                         nid = r->nid;
6719
6720                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6721                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6722                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6723                                 usable_startpfn;
6724                 }
6725
6726                 goto out2;
6727         }
6728
6729         /*
6730          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6731          */
6732         if (mirrored_kernelcore) {
6733                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6734
6735                 for_each_memblock(memory, r) {
6736                         if (memblock_is_mirror(r))
6737                                 continue;
6738
6739                         nid = r->nid;
6740
6741                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6742
6743                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6744                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6745                                 continue;
6746                         }
6747
6748                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6749                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6750                                 usable_startpfn;
6751                 }
6752
6753                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6754                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6755
6756                 goto out2;
6757         }
6758
6759         /*
6760          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6761          * amount of necessary memory.
6762          */
6763         if (required_kernelcore_percent)
6764                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6765                                        10000UL;
6766         if (required_movablecore_percent)
6767                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6768                                         10000UL;
6769
6770         /*
6771          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6772          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6773          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6774          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6775          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6776          * what movablecore would have allowed.
6777          */
6778         if (required_movablecore) {
6779                 unsigned long corepages;
6780
6781                 /*
6782                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6783                  * was requested by the user
6784                  */
6785                 required_movablecore =
6786                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6787                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6788                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6789
6790                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6791         }
6792
6793         /*
6794          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6795          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6796          */
6797         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6798                 goto out;
6799
6800         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6801         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6802
6803 restart:
6804         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6805         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6806         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6807                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6808
6809                 /*
6810                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6811                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6812                  * amount of memory for the kernel
6813                  */
6814                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6815                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6816
6817                 /*
6818                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6819                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6820                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6821                  */
6822                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6823
6824                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6825                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6826                         unsigned long size_pages;
6827
6828                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6829                         if (start_pfn >= end_pfn)
6830                                 continue;
6831
6832                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6833                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6834                                 unsigned long kernel_pages;
6835                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6836                                                                 - start_pfn;
6837
6838                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6839                                                         kernelcore_remaining);
6840                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6841                                                         required_kernelcore);
6842
6843                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6844                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6845
6846                                         /*
6847                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6848                                          * that if we have to rebalance
6849                                          * kernelcore across nodes, we will
6850                                          * not double account here
6851                                          */
6852                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6853                                         continue;
6854                                 }
6855                                 start_pfn = usable_startpfn;
6856                         }
6857
6858                         /*
6859                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6860                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6861                          * number of pages used as kernelcore
6862                          */
6863                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6864                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6865                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6866                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6867
6868                         /*
6869                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6870                          * break if the kernelcore for this node has been
6871                          * satisfied
6872                          */
6873                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6874                                                                 size_pages);
6875                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6876                         if (!kernelcore_remaining)
6877                                 break;
6878                 }
6879         }
6880
6881         /*
6882          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6883          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6884          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6885          * satisfied
6886          */
6887         usable_nodes--;
6888         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6889                 goto restart;
6890
6891 out2:
6892         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6893         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6894                 zone_movable_pfn[nid] =
6895                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6896
6897 out:
6898         /* restore the node_state */
6899         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6900 }
6901
6902 /* Any regular or high memory on that node ? */
6903 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6904 {
6905         enum zone_type zone_type;
6906
6907         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6908                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6909                 if (populated_zone(zone)) {
6910                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
6911                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6912                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
6913                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6914                         break;
6915                 }
6916         }
6917 }
6918
6919 /**
6920  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6921  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6922  *
6923  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6924  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6925  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6926  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6927  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6928  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6929  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6930  * at arch_max_dma_pfn.
6931  */
6932 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6933 {
6934         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6935         int i, nid;
6936
6937         /* Record where the zone boundaries are */
6938         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6939                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6940         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6941                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6942
6943         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6944
6945         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6946                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6947                         continue;
6948
6949                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6950                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6951                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6952
6953                 start_pfn = end_pfn;
6954         }
6955
6956         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6957         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6958         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6959
6960         /* Print out the zone ranges */
6961         pr_info("Zone ranges:\n");
6962         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6963                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6964                         continue;
6965                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6966                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6967                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6968                         pr_cont("empty\n");
6969                 else
6970                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6971                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6972                                         << PAGE_SHIFT,
6973                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6974                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6975         }
6976
6977         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6978         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6979         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6980                 if (zone_movable_pfn[i])
6981                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6982                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6983         }
6984
6985         /* Print out the early node map */
6986         pr_info("Early memory node ranges\n");
6987         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6988                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6989                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6990                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6991
6992         /* Initialise every node */
6993         mminit_verify_pageflags_layout();
6994         setup_nr_node_ids();
6995         zero_resv_unavail();
6996         for_each_online_node(nid) {
6997                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6998                 free_area_init_node(nid, NULL,
6999                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7000
7001                 /* Any memory on that node */
7002                 if (pgdat->node_present_pages)
7003                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7004                 check_for_memory(pgdat, nid);
7005         }
7006 }
7007
7008 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7009                                      unsigned long *percent)
7010 {
7011         unsigned long long coremem;
7012         char *endptr;
7013
7014         if (!p)
7015                 return -EINVAL;
7016
7017         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7018         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7019         if (*endptr == '%') {
7020                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7021                 WARN_ON(coremem > 100);
7022
7023                 *percent = coremem;
7024         } else {
7025                 coremem = memparse(p, &p);
7026                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7027                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7028
7029                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7030                 *percent = 0UL;
7031         }
7032         return 0;
7033 }
7034
7035 /*
7036  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7037  * cannot be reclaimed or migrated.
7038  */
7039 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7040 {
7041         /* parse kernelcore=mirror */
7042         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7043                 mirrored_kernelcore = true;
7044                 return 0;
7045         }
7046
7047         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7048                                   &required_kernelcore_percent);
7049 }
7050
7051 /*
7052  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7053  * can be reclaimed or migrated.
7054  */
7055 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7056 {
7057         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7058                                   &required_movablecore_percent);
7059 }
7060
7061 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7062 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7063
7064 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7065
7066 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7067 {
7068         spin_lock(&managed_page_count_lock);
7069         page_zone(page)->managed_pages += count;
7070         totalram_pages += count;
7071 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7072         if (PageHighMem(page))
7073                 totalhigh_pages += count;
7074 #endif
7075         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
7076 }
7077 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7078
7079 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7080 {
7081         void *pos;
7082         unsigned long pages = 0;
7083
7084         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7085         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7086         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7087                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7088                 void *direct_map_addr;
7089
7090                 /*
7091                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7092                  * because some architectures' virt_to_page()
7093                  * work with aliases.  Getting the direct map
7094                  * address ensures that we get a _writeable_
7095                  * alias for the memset().
7096                  */
7097                 direct_map_addr = page_address(page);
7098                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7099                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7100
7101                 free_reserved_page(page);
7102         }
7103
7104         if (pages && s)
7105                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7106                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7107
7108         return pages;
7109 }
7110 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7111
7112 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7113 void free_highmem_page(struct page *page)
7114 {
7115         __free_reserved_page(page);
7116         totalram_pages++;
7117         page_zone(page)->managed_pages++;
7118         totalhigh_pages++;
7119 }
7120 #endif
7121
7122
7123 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7124 {
7125         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7126         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7127
7128         physpages = get_num_physpages();
7129         codesize = _etext - _stext;
7130         datasize = _edata - _sdata;
7131         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7132         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7133         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7134         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7135
7136         /*
7137          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7138          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7139          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7140          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7141          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7142          */
7143 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7144         do { \
7145                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7146                         size -= adj; \
7147         } while (0)
7148
7149         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7150                      _sinittext, init_code_size);
7151         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7152         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7153         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7154         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7155
7156 #undef  adj_init_size
7157
7158         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7159 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7160                 ", %luK highmem"
7161 #endif
7162                 "%s%s)\n",
7163                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7164                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7165                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7166                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7167                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7168                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7169 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7170                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7171 #endif
7172                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7173 }
7174
7175 /**
7176  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7177  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7178  *
7179  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7180  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7181  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7182  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7183  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7184  * smaller per-cpu batchsize.
7185  */
7186 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7187 {
7188         dma_reserve = new_dma_reserve;
7189 }
7190
7191 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7192 {
7193         zero_resv_unavail();
7194         free_area_init_node(0, zones_size,
7195                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7196 }
7197
7198 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7199 {
7200
7201         lru_add_drain_cpu(cpu);
7202         drain_pages(cpu);
7203
7204         /*
7205          * Spill the event counters of the dead processor
7206          * into the current processors event counters.
7207          * This artificially elevates the count of the current
7208          * processor.
7209          */
7210         vm_events_fold_cpu(cpu);
7211
7212         /*
7213          * Zero the differential counters of the dead processor
7214          * so that the vm statistics are consistent.
7215          *
7216          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7217          * race with what we are doing.
7218          */
7219         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7220         return 0;
7221 }
7222
7223 void __init page_alloc_init(void)
7224 {
7225         int ret;
7226
7227         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7228                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7229                                         page_alloc_cpu_dead);
7230         WARN_ON(ret < 0);
7231 }
7232
7233 /*
7234  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7235  *      or min_free_kbytes changes.
7236  */
7237 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7238 {
7239         struct pglist_data *pgdat;
7240         unsigned long reserve_pages = 0;
7241         enum zone_type i, j;
7242
7243         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7244
7245                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7246
7247                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7248                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7249                         long max = 0;
7250
7251                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7252                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7253                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7254                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7255                         }
7256
7257                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7258                         max += high_wmark_pages(zone);
7259
7260                         if (max > zone->managed_pages)
7261                                 max = zone->managed_pages;
7262
7263                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7264
7265                         reserve_pages += max;
7266                 }
7267         }
7268         totalreserve_pages = reserve_pages;
7269 }
7270
7271 /*
7272  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7273  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7274  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7275  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7276  */
7277 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7278 {
7279         struct pglist_data *pgdat;
7280         enum zone_type j, idx;
7281
7282         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7283                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7284                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7285                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7286
7287                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7288
7289                         idx = j;
7290                         while (idx) {
7291                                 struct zone *lower_zone;
7292
7293                                 idx--;
7294                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7295
7296                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7297                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7298                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7299                                 } else {
7300                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7301                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7302                                 }
7303                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7304                         }
7305                 }
7306         }
7307
7308         /* update totalreserve_pages */
7309         calculate_totalreserve_pages();
7310 }
7311
7312 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7313 {
7314         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7315         unsigned long lowmem_pages = 0;
7316         struct zone *zone;
7317         unsigned long flags;
7318
7319         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7320         for_each_zone(zone) {
7321                 if (!is_highmem(zone))
7322                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7323         }
7324
7325         for_each_zone(zone) {
7326                 u64 tmp;
7327
7328                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7329                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7330                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7331                 if (is_highmem(zone)) {
7332                         /*
7333                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7334                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7335                          * value here.
7336                          *
7337                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7338                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7339                          * not be capped for highmem.
7340                          */
7341                         unsigned long min_pages;
7342
7343                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7344                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7345                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7346                 } else {
7347                         /*
7348                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7349                          * proportionate to the zone's size.
7350                          */
7351                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7352                 }
7353
7354                 /*
7355                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7356                  * scale factor in proportion to available memory, but
7357                  * ensure a minimum size on small systems.
7358                  */
7359                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7360                             mult_frac(zone->managed_pages,
7361                                       watermark_scale_factor, 10000));
7362
7363                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7364                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7365
7366                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7367         }
7368
7369         /* update totalreserve_pages */
7370         calculate_totalreserve_pages();
7371 }
7372
7373 /**
7374  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7375  * or when memory is hot-{added|removed}
7376  *
7377  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7378  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7379  */
7380 void setup_per_zone_wmarks(void)
7381 {
7382         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7383
7384         spin_lock(&lock);
7385         __setup_per_zone_wmarks();
7386         spin_unlock(&lock);
7387 }
7388
7389 /*
7390  * Initialise min_free_kbytes.
7391  *
7392  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7393  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7394  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7395  *
7396  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7397  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7398  *
7399  * which yields
7400  *
7401  * 16MB:        512k
7402  * 32MB:        724k
7403  * 64MB:        1024k
7404  * 128MB:       1448k
7405  * 256MB:       2048k
7406  * 512MB:       2896k
7407  * 1024MB:      4096k
7408  * 2048MB:      5792k
7409  * 4096MB:      8192k
7410  * 8192MB:      11584k
7411  * 16384MB:     16384k
7412  */
7413 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7414 {
7415         unsigned long lowmem_kbytes;
7416         int new_min_free_kbytes;
7417
7418         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7419         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7420
7421         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7422                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7423                 if (min_free_kbytes < 128)
7424                         min_free_kbytes = 128;
7425                 if (min_free_kbytes > 65536)
7426                         min_free_kbytes = 65536;
7427         } else {
7428                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7429                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7430         }
7431         setup_per_zone_wmarks();
7432         refresh_zone_stat_thresholds();
7433         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7434
7435 #ifdef CONFIG_NUMA
7436         setup_min_unmapped_ratio();
7437         setup_min_slab_ratio();
7438 #endif
7439
7440         return 0;
7441 }
7442 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7443
7444 /*
7445  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7446  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7447  *      changes.
7448  */
7449 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7450         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7451 {
7452         int rc;
7453
7454         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7455         if (rc)
7456                 return rc;
7457
7458         if (write) {
7459                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7460                 setup_per_zone_wmarks();
7461         }
7462         return 0;
7463 }
7464
7465 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7466         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7467 {
7468         int rc;
7469
7470         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7471         if (rc)
7472                 return rc;
7473
7474         if (write)
7475                 setup_per_zone_wmarks();
7476
7477         return 0;
7478 }
7479
7480 #ifdef CONFIG_NUMA
7481 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7482 {
7483         pg_data_t *pgdat;
7484         struct zone *zone;
7485
7486         for_each_online_pgdat(pgdat)
7487                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7488
7489         for_each_zone(zone)
7490                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7491                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7492 }
7493
7494
7495 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7496         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7497 {
7498         int rc;
7499
7500         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7501         if (rc)
7502                 return rc;
7503
7504         setup_min_unmapped_ratio();
7505
7506         return 0;
7507 }
7508
7509 static void setup_min_slab_ratio(void)
7510 {
7511         pg_data_t *pgdat;
7512         struct zone *zone;
7513
7514         for_each_online_pgdat(pgdat)
7515                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7516
7517         for_each_zone(zone)
7518                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7519                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7520 }
7521
7522 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7523         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7524 {
7525         int rc;
7526
7527         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7528         if (rc)
7529                 return rc;
7530
7531         setup_min_slab_ratio();
7532
7533         return 0;
7534 }
7535 #endif
7536
7537 /*
7538  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7539  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7540  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7541  *
7542  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7543  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7544  * if in function of the boot time zone sizes.
7545  */
7546 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7547         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7548 {
7549         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7550         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7551         return 0;
7552 }
7553
7554 /*
7555  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7556  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7557  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7558  */
7559 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7560         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7561 {
7562         struct zone *zone;
7563         int old_percpu_pagelist_fraction;
7564         int ret;
7565
7566         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7567         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7568
7569         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7570         if (!write || ret < 0)
7571                 goto out;
7572
7573         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7574         if (percpu_pagelist_fraction &&
7575             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7576                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7577                 ret = -EINVAL;
7578                 goto out;
7579         }
7580
7581         /* No change? */
7582         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7583                 goto out;
7584
7585         for_each_populated_zone(zone) {
7586                 unsigned int cpu;
7587
7588                 for_each_possible_cpu(cpu)
7589                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7590                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7591         }
7592 out:
7593         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7594         return ret;
7595 }
7596
7597 #ifdef CONFIG_NUMA
7598 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7599
7600 static int __init set_hashdist(char *str)
7601 {
7602         if (!str)
7603                 return 0;
7604         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7605         return 1;
7606 }
7607 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7608 #endif
7609
7610 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7611 /*
7612  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7613  * is not known to alloc_large_system_hash().
7614  */
7615 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7616 {
7617         return 0;
7618 }
7619 #endif
7620
7621 /*
7622  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7623  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7624  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7625  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7626  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7627  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7628  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7629  */
7630 #if __BITS_PER_LONG > 32
7631 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7632 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7633 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7634 #endif
7635
7636 /*
7637  * allocate a large system hash table from bootmem
7638  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7639  *   quantity of entries
7640  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7641  */
7642 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7643                                      unsigned long bucketsize,
7644                                      unsigned long numentries,
7645                                      int scale,
7646                                      int flags,
7647                                      unsigned int *_hash_shift,
7648                                      unsigned int *_hash_mask,
7649                                      unsigned long low_limit,
7650                                      unsigned long high_limit)
7651 {
7652         unsigned long long max = high_limit;
7653         unsigned long log2qty, size;
7654         void *table = NULL;
7655         gfp_t gfp_flags;
7656
7657         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7658         if (!numentries) {
7659                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7660                 numentries = nr_kernel_pages;
7661                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7662
7663                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7664                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7665                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7666
7667 #if __BITS_PER_LONG > 32
7668                 if (!high_limit) {
7669                         unsigned long adapt;
7670
7671                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7672                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7673                                 scale++;
7674                 }
7675 #endif
7676
7677                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7678                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7679                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7680                 else
7681                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7682
7683                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7684                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7685                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7686                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7687                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7688                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7689                                 BUG_ON(!numentries);
7690                         }
7691                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7692                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7693         }
7694         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7695
7696         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7697         if (max == 0) {
7698                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7699                 do_div(max, bucketsize);
7700         }
7701         max = min(max, 0x80000000ULL);
7702
7703         if (numentries < low_limit)
7704                 numentries = low_limit;
7705         if (numentries > max)
7706                 numentries = max;
7707
7708         log2qty = ilog2(numentries);
7709
7710         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7711         do {
7712                 size = bucketsize << log2qty;
7713                 if (flags & HASH_EARLY) {
7714                         if (flags & HASH_ZERO)
7715                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7716                         else
7717                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7718                 } else if (hashdist) {
7719                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7720                 } else {
7721                         /*
7722                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7723                          * some pages at the end of hash table which
7724                          * alloc_pages_exact() automatically does
7725                          */
7726                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7727                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7728                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7729                         }
7730                 }
7731         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7732
7733         if (!table)
7734                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7735
7736         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7737                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7738
7739         if (_hash_shift)
7740                 *_hash_shift = log2qty;
7741         if (_hash_mask)
7742                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7743
7744         return table;
7745 }
7746
7747 /*
7748  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7749  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7750  *
7751  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7752  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7753  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7754  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7755  */
7756 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7757                          int migratetype,
7758                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7759 {
7760         unsigned long pfn, iter, found;
7761
7762         /*
7763          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7764          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7765          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7766          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7767          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7768          */
7769
7770         /*
7771          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7772          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7773          * them movable here.
7774          */
7775         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7776                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7777                 return false;
7778
7779         pfn = page_to_pfn(page);
7780         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7781                 unsigned long check = pfn + iter;
7782
7783                 if (!pfn_valid_within(check))
7784                         continue;
7785
7786                 page = pfn_to_page(check);
7787
7788                 if (PageReserved(page))
7789                         goto unmovable;
7790
7791                 /*
7792                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7793                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7794                  * handle each tail page individually in migration.
7795                  */
7796                 if (PageHuge(page)) {
7797
7798                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(page)))
7799                                 goto unmovable;
7800
7801                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7802                         continue;
7803                 }
7804
7805                 /*
7806                  * We can't use page_count without pin a page
7807                  * because another CPU can free compound page.
7808                  * This check already skips compound tails of THP
7809                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7810                  */
7811                 if (!page_ref_count(page)) {
7812                         if (PageBuddy(page))
7813                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7814                         continue;
7815                 }
7816
7817                 /*
7818                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7819                  * page_count() is not 0.
7820                  */
7821                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7822                         continue;
7823
7824                 if (__PageMovable(page))
7825                         continue;
7826
7827                 if (!PageLRU(page))
7828                         found++;
7829                 /*
7830                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7831                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7832                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7833                  */
7834                 /*
7835                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7836                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7837                  *
7838                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7839                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7840                  * page at boot.
7841                  */
7842                 if (found > count)
7843                         goto unmovable;
7844         }
7845         return false;
7846 unmovable:
7847         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7848         return true;
7849 }
7850
7851 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7852
7853 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7854 {
7855         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7856                              pageblock_nr_pages) - 1);
7857 }
7858
7859 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7860 {
7861         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7862                                 pageblock_nr_pages));
7863 }
7864
7865 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7866 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7867                                         unsigned long start, unsigned long end)
7868 {
7869         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7870         unsigned long nr_reclaimed;
7871         unsigned long pfn = start;
7872         unsigned int tries = 0;
7873         int ret = 0;
7874
7875         migrate_prep();
7876
7877         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7878                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7879                         ret = -EINTR;
7880                         break;
7881                 }
7882
7883                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7884                         cc->nr_migratepages = 0;
7885                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7886                         if (!pfn) {
7887                                 ret = -EINTR;
7888                                 break;
7889                         }
7890                         tries = 0;
7891                 } else if (++tries == 5) {
7892                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7893                         break;
7894                 }
7895
7896                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7897                                                         &cc->migratepages);
7898                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7899
7900                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7901                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7902         }
7903         if (ret < 0) {
7904                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7905                 return ret;
7906         }
7907         return 0;
7908 }
7909
7910 /**
7911  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7912  * @start:      start PFN to allocate
7913  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7914  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7915  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7916  *                      in range must have the same migratetype and it must
7917  *                      be either of the two.
7918  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7919  *
7920  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7921  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7922  *
7923  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7924  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7925  * be modified by others.
7926  *
7927  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7928  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7929  * need to be freed with free_contig_range().
7930  */
7931 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7932                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7933 {
7934         unsigned long outer_start, outer_end;
7935         unsigned int order;
7936         int ret = 0;
7937
7938         struct compact_control cc = {
7939                 .nr_migratepages = 0,
7940                 .order = -1,
7941                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7942                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7943                 .ignore_skip_hint = true,
7944                 .no_set_skip_hint = true,
7945                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7946         };
7947         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7948
7949         /*
7950          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7951          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7952          * have different sizes, and due to the way page allocator
7953          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7954          * that page allocator won't try to merge buddies from
7955          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7956          * other migration type.
7957          *
7958          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7959          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7960          * we are interested in).  This will put all the pages in
7961          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7962          *
7963          * When this is done, we take the pages in range from page
7964          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7965          * page allocator will never consider using them.
7966          *
7967          * This lets us mark the pageblocks back as
7968          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7969          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7970          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7971          */
7972
7973         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7974                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7975                                        false);
7976         if (ret)
7977                 return ret;
7978
7979         /*
7980          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7981          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7982          * which will report the busy page.
7983          *
7984          * It is possible that busy pages could become available before
7985          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7986          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7987          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7988          */
7989         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7990         if (ret && ret != -EBUSY)
7991                 goto done;
7992         ret =0;
7993
7994         /*
7995          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7996          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7997          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7998          * What we are going to do is to allocate all pages from
7999          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8000          *
8001          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8002          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8003          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8004          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8005          * once this is done free the pages we are not interested in.
8006          *
8007          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8008          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8009          */
8010
8011         lru_add_drain_all();
8012         drain_all_pages(cc.zone);
8013
8014         order = 0;
8015         outer_start = start;
8016         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8017                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8018                         outer_start = start;
8019                         break;
8020                 }
8021                 outer_start &= ~0UL << order;
8022         }
8023
8024         if (outer_start != start) {
8025                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8026
8027                 /*
8028                  * outer_start page could be small order buddy page and
8029                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8030                  * in this case to report failed page properly
8031                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8032                  */
8033                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8034                         outer_start = start;
8035         }
8036
8037         /* Make sure the range is really isolated. */
8038         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8039                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8040                         __func__, outer_start, end);
8041                 ret = -EBUSY;
8042                 goto done;
8043         }
8044
8045         /* Grab isolated pages from freelists. */
8046         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8047         if (!outer_end) {
8048                 ret = -EBUSY;
8049                 goto done;
8050         }
8051
8052         /* Free head and tail (if any) */
8053         if (start != outer_start)
8054                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8055         if (end != outer_end)
8056                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8057
8058 done:
8059         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8060                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8061         return ret;
8062 }
8063
8064 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8065 {
8066         unsigned int count = 0;
8067
8068         for (; nr_pages--; pfn++) {
8069                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8070
8071                 count += page_count(page) != 1;
8072                 __free_page(page);
8073         }
8074         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8075 }
8076 #endif
8077
8078 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8079 /*
8080  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8081  * page high values need to be recalulated.
8082  */
8083 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8084 {
8085         unsigned cpu;
8086         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8087         for_each_possible_cpu(cpu)
8088                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8089                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8090         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8091 }
8092 #endif
8093
8094 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8095 {
8096         unsigned long flags;
8097         int cpu;
8098         struct per_cpu_pageset *pset;
8099
8100         /* avoid races with drain_pages()  */
8101         local_irq_save(flags);
8102         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8103                 for_each_online_cpu(cpu) {
8104                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8105                         drain_zonestat(zone, pset);
8106                 }
8107                 free_percpu(zone->pageset);
8108                 zone->pageset = &boot_pageset;
8109         }
8110         local_irq_restore(flags);
8111 }
8112
8113 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8114 /*
8115  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8116  * before calling this.
8117  */
8118 void
8119 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8120 {
8121         struct page *page;
8122         struct zone *zone;
8123         unsigned int order, i;
8124         unsigned long pfn;
8125         unsigned long flags;
8126         /* find the first valid pfn */
8127         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8128                 if (pfn_valid(pfn))
8129                         break;
8130         if (pfn == end_pfn)
8131                 return;
8132         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8133         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8134         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8135         pfn = start_pfn;
8136         while (pfn < end_pfn) {
8137                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8138                         pfn++;
8139                         continue;
8140                 }
8141                 page = pfn_to_page(pfn);
8142                 /*
8143                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8144                  * page_count() is not 0.
8145                  */
8146                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8147                         pfn++;
8148                         SetPageReserved(page);
8149                         continue;
8150                 }
8151
8152                 BUG_ON(page_count(page));
8153                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8154                 order = page_order(page);
8155 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8156                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8157                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8158 #endif
8159                 list_del(&page->lru);
8160                 rmv_page_order(page);
8161                 zone->free_area[order].nr_free--;
8162                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8163                         SetPageReserved((page+i));
8164                 pfn += (1 << order);
8165         }
8166         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8167 }
8168 #endif
8169
8170 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8171 {
8172         struct zone *zone = page_zone(page);
8173         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8174         unsigned long flags;
8175         unsigned int order;
8176
8177         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8178         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8179                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8180
8181                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8182                         break;
8183         }
8184         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8185
8186         return order < MAX_ORDER;
8187 }
8188
8189 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8190 /*
8191  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8192  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8193  * allocation.
8194  */
8195 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8196 {
8197         struct zone *zone = page_zone(page);
8198         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8199         unsigned long flags;
8200         unsigned int order;
8201         bool hwpoisoned = false;
8202
8203         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8204         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8205                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8206
8207                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8208                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8209                                 hwpoisoned = true;
8210                         break;
8211                 }
8212         }
8213         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8214
8215         return hwpoisoned;
8216 }
8217 #endif