Merge tag 'kbuild-v5.13-2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/masahiroy...
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
124
125 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
126 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
127 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
128 #endif
129
130 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
131
132 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
133 /*
134  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
135  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
136  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
137  * defined in <linux/topology.h>.
138  */
139 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
140 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
141 #endif
142
143 /* work_structs for global per-cpu drains */
144 struct pcpu_drain {
145         struct zone *zone;
146         struct work_struct work;
147 };
148 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
149 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
150
151 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
152 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
153 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
154 #endif
155
156 /*
157  * Array of node states.
158  */
159 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
160         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
161         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
162 #ifndef CONFIG_NUMA
163         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
164 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
165         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
166 #endif
167         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
168         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
169 #endif  /* NUMA */
170 };
171 EXPORT_SYMBOL(node_states);
172
173 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
174 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
175 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
176 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
177
178 int percpu_pagelist_fraction;
179 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
180 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
181 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
182
183 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
184 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
185
186 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
187                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
188 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
189 {
190
191         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
192 }
193 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
194
195 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
196                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
197 static int __init early_init_on_free(char *buf)
198 {
199         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
200 }
201 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
202
203 /*
204  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
205  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
206  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
207  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
208  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
209  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
210  */
211 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
212 {
213         return page->index;
214 }
215
216 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
217 {
218         page->index = migratetype;
219 }
220
221 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
222 /*
223  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
224  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
225  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
226  * they should always be called with system_transition_mutex held
227  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
228  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
229  * with that modification).
230  */
231
232 static gfp_t saved_gfp_mask;
233
234 void pm_restore_gfp_mask(void)
235 {
236         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
237         if (saved_gfp_mask) {
238                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
239                 saved_gfp_mask = 0;
240         }
241 }
242
243 void pm_restrict_gfp_mask(void)
244 {
245         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
246         WARN_ON(saved_gfp_mask);
247         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
248         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
249 }
250
251 bool pm_suspended_storage(void)
252 {
253         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
254                 return false;
255         return true;
256 }
257 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
258
259 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
260 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
261 #endif
262
263 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
264                             fpi_t fpi_flags);
265
266 /*
267  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
268  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
269  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
270  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
271  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
272  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
273  *
274  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
275  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
276  */
277 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
279         [ZONE_DMA] = 256,
280 #endif
281 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
282         [ZONE_DMA32] = 256,
283 #endif
284         [ZONE_NORMAL] = 32,
285 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
286         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
287 #endif
288         [ZONE_MOVABLE] = 0,
289 };
290
291 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
293          "DMA",
294 #endif
295 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
296          "DMA32",
297 #endif
298          "Normal",
299 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
300          "HighMem",
301 #endif
302          "Movable",
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
304          "Device",
305 #endif
306 };
307
308 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
309         "Unmovable",
310         "Movable",
311         "Reclaimable",
312         "HighAtomic",
313 #ifdef CONFIG_CMA
314         "CMA",
315 #endif
316 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
317         "Isolate",
318 #endif
319 };
320
321 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
322         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
323         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
324 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
325         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
328         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
329 #endif
330 };
331
332 int min_free_kbytes = 1024;
333 int user_min_free_kbytes = -1;
334 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
335 /*
336  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
337  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
338  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
339  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
340  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
341  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
342  * fragmentation avoidance.
343  */
344 int watermark_boost_factor __read_mostly;
345 #else
346 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
347 #endif
348 int watermark_scale_factor = 10;
349
350 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
351 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
352 static unsigned long dma_reserve __initdata;
353
354 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
355 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
356 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
357 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
358 static unsigned long required_movablecore __initdata;
359 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
360 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
361 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
362
363 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
364 int movable_zone;
365 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
366
367 #if MAX_NUMNODES > 1
368 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
369 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
370 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
371 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
372 #endif
373
374 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
375
376 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
377 /*
378  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
379  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
380  * and we can permanently disable that path.
381  */
382 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
383
384 /*
385  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
386  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
387  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
388  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
389  *
390  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
391  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
392  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
393  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
394  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
395  * initialization is done, but this is not likely to happen.
396  */
397 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
398                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
399 {
400         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages))
401                 return;
402         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
403                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
404                 return;
405         kasan_free_pages(page, order, init);
406 }
407
408 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
409 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
410 {
411         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
412
413         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
414                 return true;
415
416         return false;
417 }
418
419 /*
420  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
421  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
422  */
423 static bool __meminit
424 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
425 {
426         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
427
428         /*
429          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
430          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
431          */
432         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
433                 prev_end_pfn = end_pfn;
434                 nr_initialised = 0;
435         }
436
437         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
438         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
439                 return false;
440
441         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
442                 return true;
443         /*
444          * We start only with one section of pages, more pages are added as
445          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
446          */
447         nr_initialised++;
448         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
449             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
450                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
451                 return true;
452         }
453         return false;
454 }
455 #else
456 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
457                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
458 {
459         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
460                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
461                 return;
462         kasan_free_pages(page, order, init);
463 }
464
465 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
466 {
467         return false;
468 }
469
470 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474 #endif
475
476 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
477 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
478                                                         unsigned long pfn)
479 {
480 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
481         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
482 #else
483         return page_zone(page)->pageblock_flags;
484 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
485 }
486
487 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
488 {
489 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
490         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
491 #else
492         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
493 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
494         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
495 }
496
497 static __always_inline
498 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
499                                         unsigned long pfn,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         unsigned long *bitmap;
503         unsigned long bitidx, word_bitidx;
504         unsigned long word;
505
506         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
507         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
508         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
509         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
510
511         word = bitmap[word_bitidx];
512         return (word >> bitidx) & mask;
513 }
514
515 /**
516  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
517  * @page: The page within the block of interest
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  *
521  * Return: pageblock_bits flags
522  */
523 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
524                                         unsigned long mask)
525 {
526         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
527 }
528
529 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
530 {
531         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
532 }
533
534 /**
535  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
536  * @page: The page within the block of interest
537  * @flags: The flags to set
538  * @pfn: The target page frame number
539  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
540  */
541 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
542                                         unsigned long pfn,
543                                         unsigned long mask)
544 {
545         unsigned long *bitmap;
546         unsigned long bitidx, word_bitidx;
547         unsigned long old_word, word;
548
549         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
550         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
551
552         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
553         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
554         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
555         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
556
557         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
558
559         mask <<= bitidx;
560         flags <<= bitidx;
561
562         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
563         for (;;) {
564                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
565                 if (word == old_word)
566                         break;
567                 word = old_word;
568         }
569 }
570
571 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
572 {
573         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
574                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
575                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
576
577         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
578                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
579 }
580
581 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
582 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
583 {
584         int ret = 0;
585         unsigned seq;
586         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
587         unsigned long sp, start_pfn;
588
589         do {
590                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
591                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
592                 sp = zone->spanned_pages;
593                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
594                         ret = 1;
595         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
596
597         if (ret)
598                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
599                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
600                         start_pfn, start_pfn + sp);
601
602         return ret;
603 }
604
605 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
608                 return 0;
609         if (zone != page_zone(page))
610                 return 0;
611
612         return 1;
613 }
614 /*
615  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
616  */
617 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
618 {
619         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
620                 return 1;
621         if (!page_is_consistent(zone, page))
622                 return 1;
623
624         return 0;
625 }
626 #else
627 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
628 {
629         return 0;
630 }
631 #endif
632
633 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
634 {
635         static unsigned long resume;
636         static unsigned long nr_shown;
637         static unsigned long nr_unshown;
638
639         /*
640          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
641          * or allow a steady drip of one report per second.
642          */
643         if (nr_shown == 60) {
644                 if (time_before(jiffies, resume)) {
645                         nr_unshown++;
646                         goto out;
647                 }
648                 if (nr_unshown) {
649                         pr_alert(
650                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
651                                 nr_unshown);
652                         nr_unshown = 0;
653                 }
654                 nr_shown = 0;
655         }
656         if (nr_shown++ == 0)
657                 resume = jiffies + 60 * HZ;
658
659         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
660                 current->comm, page_to_pfn(page));
661         __dump_page(page, reason);
662         dump_page_owner(page);
663
664         print_modules();
665         dump_stack();
666 out:
667         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
668         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
669         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
670 }
671
672 /*
673  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
674  *
675  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
676  *
677  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
678  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
679  *
680  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
681  * page destructors. See compound_page_dtors.
682  *
683  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
684  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
685  */
686
687 void free_compound_page(struct page *page)
688 {
689         mem_cgroup_uncharge(page);
690         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
691 }
692
693 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
694 {
695         int i;
696         int nr_pages = 1 << order;
697
698         __SetPageHead(page);
699         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
700                 struct page *p = page + i;
701                 set_page_count(p, 0);
702                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
703                 set_compound_head(p, page);
704         }
705
706         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
707         set_compound_order(page, order);
708         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
709         if (hpage_pincount_available(page))
710                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
711 }
712
713 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
714 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
715
716 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
717                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
718 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
719 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
720 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
721
722 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
723
724 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
725 {
726         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
727 }
728 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
729
730 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
731 {
732         unsigned long res;
733
734         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
735                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
736                 return 0;
737         }
738         _debug_guardpage_minorder = res;
739         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
740         return 0;
741 }
742 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
743
744 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
745                                 unsigned int order, int migratetype)
746 {
747         if (!debug_guardpage_enabled())
748                 return false;
749
750         if (order >= debug_guardpage_minorder())
751                 return false;
752
753         __SetPageGuard(page);
754         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
755         set_page_private(page, order);
756         /* Guard pages are not available for any usage */
757         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
758
759         return true;
760 }
761
762 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype)
764 {
765         if (!debug_guardpage_enabled())
766                 return;
767
768         __ClearPageGuard(page);
769
770         set_page_private(page, 0);
771         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
772                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
773 }
774 #else
775 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
776                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
777 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
778                                 unsigned int order, int migratetype) {}
779 #endif
780
781 /*
782  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
783  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
784  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
785  * enabled, and then make decisions.
786  */
787 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
788 {
789         bool page_poisoning_requested = false;
790
791 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
792         /*
793          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
794          * either of those options are enabled, enable poisoning.
795          */
796         if (page_poisoning_enabled() ||
797              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
798               debug_pagealloc_enabled())) {
799                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
800                 page_poisoning_requested = true;
801         }
802 #endif
803
804         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
805                 if (page_poisoning_requested)
806                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
807                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
808                 else
809                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
810         }
811         if (_init_on_free_enabled_early) {
812                 if (page_poisoning_requested)
813                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
814                                 "will take precedence over init_on_free\n");
815                 else
816                         static_branch_enable(&init_on_free);
817         }
818
819 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
820         if (!debug_pagealloc_enabled())
821                 return;
822
823         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
824
825         if (!debug_guardpage_minorder())
826                 return;
827
828         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
829 #endif
830 }
831
832 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
833 {
834         set_page_private(page, order);
835         __SetPageBuddy(page);
836 }
837
838 /*
839  * This function checks whether a page is free && is the buddy
840  * we can coalesce a page and its buddy if
841  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
842  * (b) the buddy is in the buddy system &&
843  * (c) a page and its buddy have the same order &&
844  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
845  *
846  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
847  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
848  *
849  * For recording page's order, we use page_private(page).
850  */
851 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
852                                                         unsigned int order)
853 {
854         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
855                 return false;
856
857         if (buddy_order(buddy) != order)
858                 return false;
859
860         /*
861          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
862          * zone/node ids for pages that could never merge.
863          */
864         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
865                 return false;
866
867         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
868
869         return true;
870 }
871
872 #ifdef CONFIG_COMPACTION
873 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
874 {
875         struct capture_control *capc = current->capture_control;
876
877         return unlikely(capc) &&
878                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
879                 !capc->page &&
880                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
881 }
882
883 static inline bool
884 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
885                    int order, int migratetype)
886 {
887         if (!capc || order != capc->cc->order)
888                 return false;
889
890         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
891         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
892             is_migrate_isolate(migratetype))
893                 return false;
894
895         /*
896          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
897          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
898          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
899          * have trouble finding a high-order free page.
900          */
901         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
902                 return false;
903
904         capc->page = page;
905         return true;
906 }
907
908 #else
909 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
910 {
911         return NULL;
912 }
913
914 static inline bool
915 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
916                    int order, int migratetype)
917 {
918         return false;
919 }
920 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
921
922 /* Used for pages not on another list */
923 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
924                                     unsigned int order, int migratetype)
925 {
926         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
927
928         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
929         area->nr_free++;
930 }
931
932 /* Used for pages not on another list */
933 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
934                                          unsigned int order, int migratetype)
935 {
936         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
937
938         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
939         area->nr_free++;
940 }
941
942 /*
943  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
944  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
945  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
946  */
947 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
948                                      unsigned int order, int migratetype)
949 {
950         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
951
952         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
953 }
954
955 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
956                                            unsigned int order)
957 {
958         /* clear reported state and update reported page count */
959         if (page_reported(page))
960                 __ClearPageReported(page);
961
962         list_del(&page->lru);
963         __ClearPageBuddy(page);
964         set_page_private(page, 0);
965         zone->free_area[order].nr_free--;
966 }
967
968 /*
969  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
970  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
971  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
972  * that is happening, add the free page to the tail of the list
973  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
974  * as a higher order page
975  */
976 static inline bool
977 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
978                    struct page *page, unsigned int order)
979 {
980         struct page *higher_page, *higher_buddy;
981         unsigned long combined_pfn;
982
983         if (order >= MAX_ORDER - 2)
984                 return false;
985
986         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
987                 return false;
988
989         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
990         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
991         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
992         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
993
994         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
995                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
996 }
997
998 /*
999  * Freeing function for a buddy system allocator.
1000  *
1001  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1002  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1003  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1004  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1005  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1006  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1007  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1008  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1009  * parts of the VM system.
1010  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1011  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1012  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1013  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1014  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1015  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1016  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1017  * triggers coalescing into a block of larger size.
1018  *
1019  * -- nyc
1020  */
1021
1022 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1023                 unsigned long pfn,
1024                 struct zone *zone, unsigned int order,
1025                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1026 {
1027         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1028         unsigned long buddy_pfn;
1029         unsigned long combined_pfn;
1030         unsigned int max_order;
1031         struct page *buddy;
1032         bool to_tail;
1033
1034         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1035
1036         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1037         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1038
1039         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1040         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1041                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1042
1043         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1044         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1045
1046 continue_merging:
1047         while (order < max_order) {
1048                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1049                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1050                                                                 migratetype);
1051                         return;
1052                 }
1053                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1054                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1055
1056                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1057                         goto done_merging;
1058                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1059                         goto done_merging;
1060                 /*
1061                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1062                  * merge with it and move up one order.
1063                  */
1064                 if (page_is_guard(buddy))
1065                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1066                 else
1067                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1068                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1069                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1070                 pfn = combined_pfn;
1071                 order++;
1072         }
1073         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1074                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1075                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1076                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1077                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1078                  *
1079                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1080                  * low-order merging.
1081                  */
1082                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1083                         int buddy_mt;
1084
1085                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1086                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1087                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1088
1089                         if (migratetype != buddy_mt
1090                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1091                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1092                                 goto done_merging;
1093                 }
1094                 max_order = order + 1;
1095                 goto continue_merging;
1096         }
1097
1098 done_merging:
1099         set_buddy_order(page, order);
1100
1101         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1102                 to_tail = true;
1103         else if (is_shuffle_order(order))
1104                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1105         else
1106                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1107
1108         if (to_tail)
1109                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1110         else
1111                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1112
1113         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1114         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1115                 page_reporting_notify_free(order);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1120  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1121  * check if necessary.
1122  */
1123 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1124                                         unsigned long check_flags)
1125 {
1126         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1127                 return false;
1128
1129         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1130                         page_ref_count(page) |
1131 #ifdef CONFIG_MEMCG
1132                         page->memcg_data |
1133 #endif
1134                         (page->flags & check_flags)))
1135                 return false;
1136
1137         return true;
1138 }
1139
1140 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1141 {
1142         const char *bad_reason = NULL;
1143
1144         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1145                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1146         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1147                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1148         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1149                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1150         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1151                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1152                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1153                 else
1154                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1155         }
1156 #ifdef CONFIG_MEMCG
1157         if (unlikely(page->memcg_data))
1158                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1159 #endif
1160         return bad_reason;
1161 }
1162
1163 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1164 {
1165         bad_page(page,
1166                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1167 }
1168
1169 static inline int check_free_page(struct page *page)
1170 {
1171         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1172                 return 0;
1173
1174         /* Something has gone sideways, find it */
1175         check_free_page_bad(page);
1176         return 1;
1177 }
1178
1179 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1180 {
1181         int ret = 1;
1182
1183         /*
1184          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1185          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1186          */
1187         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1188
1189         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1190                 ret = 0;
1191                 goto out;
1192         }
1193         switch (page - head_page) {
1194         case 1:
1195                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1196                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1197                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1198                         goto out;
1199                 }
1200                 break;
1201         case 2:
1202                 /*
1203                  * the second tail page: ->mapping is
1204                  * deferred_list.next -- ignore value.
1205                  */
1206                 break;
1207         default:
1208                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1209                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1210                         goto out;
1211                 }
1212                 break;
1213         }
1214         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1215                 bad_page(page, "PageTail not set");
1216                 goto out;
1217         }
1218         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1219                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1220                 goto out;
1221         }
1222         ret = 0;
1223 out:
1224         page->mapping = NULL;
1225         clear_compound_head(page);
1226         return ret;
1227 }
1228
1229 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1230 {
1231         int i;
1232
1233         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1234         kasan_disable_current();
1235         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1236                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1237                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1238                 clear_highpage(page + i);
1239                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1240         }
1241         kasan_enable_current();
1242 }
1243
1244 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1245                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1246 {
1247         int bad = 0;
1248         bool init;
1249
1250         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1251
1252         trace_mm_page_free(page, order);
1253
1254         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1255                 /*
1256                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1257                  * Untie memcg state and reset page's owner
1258                  */
1259                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1260                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1261                 reset_page_owner(page, order);
1262                 return false;
1263         }
1264
1265         /*
1266          * Check tail pages before head page information is cleared to
1267          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1268          */
1269         if (unlikely(order)) {
1270                 bool compound = PageCompound(page);
1271                 int i;
1272
1273                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1274
1275                 if (compound)
1276                         ClearPageDoubleMap(page);
1277                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1278                         if (compound)
1279                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1280                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1281                                 bad++;
1282                                 continue;
1283                         }
1284                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1285                 }
1286         }
1287         if (PageMappingFlags(page))
1288                 page->mapping = NULL;
1289         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1290                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1291         if (check_free)
1292                 bad += check_free_page(page);
1293         if (bad)
1294                 return false;
1295
1296         page_cpupid_reset_last(page);
1297         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1298         reset_page_owner(page, order);
1299
1300         if (!PageHighMem(page)) {
1301                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1302                                            PAGE_SIZE << order);
1303                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1304                                            PAGE_SIZE << order);
1305         }
1306
1307         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1308
1309         /*
1310          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1311          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1312          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1313          *
1314          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1315          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1316          */
1317         init = want_init_on_free();
1318         if (init && !kasan_has_integrated_init())
1319                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1320         kasan_free_nondeferred_pages(page, order, init, fpi_flags);
1321
1322         /*
1323          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1324          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1325          * happen after this.
1326          */
1327         arch_free_page(page, order);
1328
1329         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1330
1331         return true;
1332 }
1333
1334 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1335 /*
1336  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1337  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1338  * moved from pcp lists to free lists.
1339  */
1340 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1341 {
1342         return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1343 }
1344
1345 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1346 {
1347         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1348                 return check_free_page(page);
1349         else
1350                 return false;
1351 }
1352 #else
1353 /*
1354  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1355  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1356  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1357  * to the pcp lists.
1358  */
1359 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1360 {
1361         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1362                 return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1363         else
1364                 return free_pages_prepare(page, 0, false, FPI_NONE);
1365 }
1366
1367 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1368 {
1369         return check_free_page(page);
1370 }
1371 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1372
1373 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1374 {
1375         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1376         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1377         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1378
1379         prefetch(buddy);
1380 }
1381
1382 /*
1383  * Frees a number of pages from the PCP lists
1384  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1385  * count is the number of pages to free.
1386  *
1387  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1388  * see if this freeing clears that state.
1389  *
1390  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1391  * pinned" detection logic.
1392  */
1393 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1394                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1395 {
1396         int migratetype = 0;
1397         int batch_free = 0;
1398         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1399         bool isolated_pageblocks;
1400         struct page *page, *tmp;
1401         LIST_HEAD(head);
1402
1403         /*
1404          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1405          * below while (list_empty(list)) loop.
1406          */
1407         count = min(pcp->count, count);
1408         while (count) {
1409                 struct list_head *list;
1410
1411                 /*
1412                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1413                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1414                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1415                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1416                  * lists
1417                  */
1418                 do {
1419                         batch_free++;
1420                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1421                                 migratetype = 0;
1422                         list = &pcp->lists[migratetype];
1423                 } while (list_empty(list));
1424
1425                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1426                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1427                         batch_free = count;
1428
1429                 do {
1430                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1431                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1432                         list_del(&page->lru);
1433                         pcp->count--;
1434
1435                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1436                                 continue;
1437
1438                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1439
1440                         /*
1441                          * We are going to put the page back to the global
1442                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1443                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1444                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1445                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1446                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1447                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1448                          */
1449                         if (prefetch_nr) {
1450                                 prefetch_buddy(page);
1451                                 prefetch_nr--;
1452                         }
1453                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1454         }
1455
1456         spin_lock(&zone->lock);
1457         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1458
1459         /*
1460          * Use safe version since after __free_one_page(),
1461          * page->lru.next will not point to original list.
1462          */
1463         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1464                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1465                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1466                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1467                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1468                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1469                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1470
1471                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1472                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1473         }
1474         spin_unlock(&zone->lock);
1475 }
1476
1477 static void free_one_page(struct zone *zone,
1478                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1479                                 unsigned int order,
1480                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1481 {
1482         spin_lock(&zone->lock);
1483         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1484                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1485                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1486         }
1487         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1488         spin_unlock(&zone->lock);
1489 }
1490
1491 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1492                                 unsigned long zone, int nid)
1493 {
1494         mm_zero_struct_page(page);
1495         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1496         init_page_count(page);
1497         page_mapcount_reset(page);
1498         page_cpupid_reset_last(page);
1499         page_kasan_tag_reset(page);
1500
1501         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1502 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1503         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1504         if (!is_highmem_idx(zone))
1505                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1506 #endif
1507 }
1508
1509 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1510 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1511 {
1512         pg_data_t *pgdat;
1513         int nid, zid;
1514
1515         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1516                 return;
1517
1518         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1519         pgdat = NODE_DATA(nid);
1520
1521         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1522                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1523
1524                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1525                         break;
1526         }
1527         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1528 }
1529 #else
1530 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1531 {
1532 }
1533 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1534
1535 /*
1536  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1537  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1538  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1539  * sent to the buddy page allocator.
1540  */
1541 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1542 {
1543         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1544         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1545
1546         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1547                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1548                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1549
1550                         init_reserved_page(start_pfn);
1551
1552                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1553                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1554
1555                         /*
1556                          * no need for atomic set_bit because the struct
1557                          * page is not visible yet so nobody should
1558                          * access it yet.
1559                          */
1560                         __SetPageReserved(page);
1561                 }
1562         }
1563 }
1564
1565 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1566                             fpi_t fpi_flags)
1567 {
1568         unsigned long flags;
1569         int migratetype;
1570         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1571
1572         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1573                 return;
1574
1575         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1576         local_irq_save(flags);
1577         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1578         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype,
1579                       fpi_flags);
1580         local_irq_restore(flags);
1581 }
1582
1583 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1584 {
1585         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1586         struct page *p = page;
1587         unsigned int loop;
1588
1589         /*
1590          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1591          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1592          * refcount of all involved pages to 0.
1593          */
1594         prefetchw(p);
1595         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1596                 prefetchw(p + 1);
1597                 __ClearPageReserved(p);
1598                 set_page_count(p, 0);
1599         }
1600         __ClearPageReserved(p);
1601         set_page_count(p, 0);
1602
1603         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1604
1605         /*
1606          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1607          * relevant for memory onlining.
1608          */
1609         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1610 }
1611
1612 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1613
1614 /*
1615  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1616  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1617  * treats start/end as pfns.
1618  */
1619 struct mminit_pfnnid_cache {
1620         unsigned long last_start;
1621         unsigned long last_end;
1622         int last_nid;
1623 };
1624
1625 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1626
1627 /*
1628  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1629  */
1630 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1631                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1632 {
1633         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1634         int nid;
1635
1636         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1637                 return state->last_nid;
1638
1639         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1640         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1641                 state->last_start = start_pfn;
1642                 state->last_end = end_pfn;
1643                 state->last_nid = nid;
1644         }
1645
1646         return nid;
1647 }
1648
1649 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1650 {
1651         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1652         int nid;
1653
1654         spin_lock(&early_pfn_lock);
1655         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1656         if (nid < 0)
1657                 nid = first_online_node;
1658         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1659
1660         return nid;
1661 }
1662 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1663
1664 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1665                                                         unsigned int order)
1666 {
1667         if (early_page_uninitialised(pfn))
1668                 return;
1669         __free_pages_core(page, order);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1674  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1675  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1676  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1677  * pageblocks.
1678  *
1679  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1680  *
1681  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1682  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1683  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1684  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1685  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1686  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1687  * page in a pageblock.
1688  */
1689 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1690                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1691 {
1692         struct page *start_page;
1693         struct page *end_page;
1694
1695         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1696         end_pfn--;
1697
1698         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1699                 return NULL;
1700
1701         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1702         if (!start_page)
1703                 return NULL;
1704
1705         if (page_zone(start_page) != zone)
1706                 return NULL;
1707
1708         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1709
1710         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1711         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1712                 return NULL;
1713
1714         return start_page;
1715 }
1716
1717 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1718 {
1719         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1720         unsigned long block_end_pfn;
1721
1722         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1723         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1724                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1725                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1726
1727                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1728
1729                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1730                                              block_end_pfn, zone))
1731                         return;
1732                 cond_resched();
1733         }
1734
1735         /* We confirm that there is no hole */
1736         zone->contiguous = true;
1737 }
1738
1739 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1740 {
1741         zone->contiguous = false;
1742 }
1743
1744 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1745 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1746                                        unsigned long nr_pages)
1747 {
1748         struct page *page;
1749         unsigned long i;
1750
1751         if (!nr_pages)
1752                 return;
1753
1754         page = pfn_to_page(pfn);
1755
1756         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1757         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1758             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1759                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1760                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1761                 return;
1762         }
1763
1764         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1765                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1766                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1767                 __free_pages_core(page, 0);
1768         }
1769 }
1770
1771 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1772 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1773 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1774
1775 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1776 {
1777         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1778                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1779 }
1780
1781 /*
1782  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1783  *
1784  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1785  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1786  * function is optimized out.
1787  *
1788  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1789  * of the head pfn.
1790  */
1791 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1792 {
1793         if (!pfn_valid_within(pfn))
1794                 return false;
1795         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1796                 return false;
1797         return true;
1798 }
1799
1800 /*
1801  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1802  * pageblock_nr_pages sizes.
1803  */
1804 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1805                                        unsigned long end_pfn)
1806 {
1807         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1808         unsigned long nr_free = 0;
1809
1810         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1811                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1812                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1813                         nr_free = 0;
1814                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1815                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1816                         nr_free = 1;
1817                 } else {
1818                         nr_free++;
1819                 }
1820         }
1821         /* Free the last block of pages to allocator */
1822         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1823 }
1824
1825 /*
1826  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1827  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1828  * Return number of pages initialized.
1829  */
1830 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1831                                                  unsigned long pfn,
1832                                                  unsigned long end_pfn)
1833 {
1834         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1835         int nid = zone_to_nid(zone);
1836         unsigned long nr_pages = 0;
1837         int zid = zone_idx(zone);
1838         struct page *page = NULL;
1839
1840         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1841                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1842                         page = NULL;
1843                         continue;
1844                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1845                         page = pfn_to_page(pfn);
1846                 } else {
1847                         page++;
1848                 }
1849                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1850                 nr_pages++;
1851         }
1852         return (nr_pages);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1857  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1858  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1859  * return false indicating there are no valid ranges left.
1860  */
1861 static bool __init
1862 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1863                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1864                                     unsigned long first_init_pfn)
1865 {
1866         u64 j;
1867
1868         /*
1869          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1870          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1871          * so we just need to flush them out of the system.
1872          */
1873         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1874                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1875                         continue;
1876                 if (*spfn < first_init_pfn)
1877                         *spfn = first_init_pfn;
1878                 *i = j;
1879                 return true;
1880         }
1881
1882         return false;
1883 }
1884
1885 /*
1886  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1887  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1888  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1889  * page in __free_one_page()).
1890  *
1891  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1892  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1893  * any issues with the buddy page computation.
1894  */
1895 static unsigned long __init
1896 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1897                        unsigned long *end_pfn)
1898 {
1899         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1900         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1901         unsigned long nr_pages = 0;
1902         u64 j = *i;
1903
1904         /* First we loop through and initialize the page values */
1905         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1906                 unsigned long t;
1907
1908                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1909                         break;
1910
1911                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1912                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1913
1914                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1915                         *start_pfn = mo_pfn;
1916                         break;
1917                 }
1918         }
1919
1920         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1921         swap(j, *i);
1922
1923         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1924                 unsigned long t;
1925
1926                 if (mo_pfn <= spfn)
1927                         break;
1928
1929                 t = min(mo_pfn, epfn);
1930                 deferred_free_pages(spfn, t);
1931
1932                 if (mo_pfn <= epfn)
1933                         break;
1934         }
1935
1936         return nr_pages;
1937 }
1938
1939 static void __init
1940 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1941                            void *arg)
1942 {
1943         unsigned long spfn, epfn;
1944         struct zone *zone = arg;
1945         u64 i;
1946
1947         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1948
1949         /*
1950          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1951          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1952          */
1953         while (spfn < end_pfn) {
1954                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1955                 cond_resched();
1956         }
1957 }
1958
1959 /* An arch may override for more concurrency. */
1960 __weak int __init
1961 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1962 {
1963         return 1;
1964 }
1965
1966 /* Initialise remaining memory on a node */
1967 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1968 {
1969         pg_data_t *pgdat = data;
1970         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1971         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1972         unsigned long first_init_pfn, flags;
1973         unsigned long start = jiffies;
1974         struct zone *zone;
1975         int zid, max_threads;
1976         u64 i;
1977
1978         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1979         if (!cpumask_empty(cpumask))
1980                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1981
1982         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1983         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1984         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1985                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1986                 pgdat_init_report_one_done();
1987                 return 0;
1988         }
1989
1990         /* Sanity check boundaries */
1991         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1992         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1993         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1994
1995         /*
1996          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1997          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1998          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1999          */
2000         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2001
2002         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2003         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2004                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2005                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2006                         break;
2007         }
2008
2009         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2010         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2011                                                  first_init_pfn))
2012                 goto zone_empty;
2013
2014         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2015
2016         while (spfn < epfn) {
2017                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2018                 struct padata_mt_job job = {
2019                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2020                         .fn_arg      = zone,
2021                         .start       = spfn,
2022                         .size        = epfn_align - spfn,
2023                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2024                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2025                         .max_threads = max_threads,
2026                 };
2027
2028                 padata_do_multithreaded(&job);
2029                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2030                                                     epfn_align);
2031         }
2032 zone_empty:
2033         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2034         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2035
2036         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2037                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2038
2039         pgdat_init_report_one_done();
2040         return 0;
2041 }
2042
2043 /*
2044  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2045  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2046  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2047  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2048  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2049  *
2050  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2051  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2052  * enough pages to satisfy the allocation.
2053  *
2054  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2055  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2056  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2057  */
2058 static noinline bool __init
2059 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2060 {
2061         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2062         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2063         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2064         unsigned long spfn, epfn, flags;
2065         unsigned long nr_pages = 0;
2066         u64 i;
2067
2068         /* Only the last zone may have deferred pages */
2069         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2070                 return false;
2071
2072         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2073
2074         /*
2075          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2076          * true, as there might be enough pages already.
2077          */
2078         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2079                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2080                 return true;
2081         }
2082
2083         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2084         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2085                                                  first_deferred_pfn)) {
2086                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2087                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2088                 /* Retry only once. */
2089                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2090         }
2091
2092         /*
2093          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2094          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2095          * allocator.
2096          */
2097         while (spfn < epfn) {
2098                 /* update our first deferred PFN for this section */
2099                 first_deferred_pfn = spfn;
2100
2101                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2102                 touch_nmi_watchdog();
2103
2104                 /* We should only stop along section boundaries */
2105                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2106                         continue;
2107
2108                 /* If our quota has been met we can stop here */
2109                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2110                         break;
2111         }
2112
2113         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2114         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2115
2116         return nr_pages > 0;
2117 }
2118
2119 /*
2120  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2121  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2122  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2123  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2124  */
2125 static bool __ref
2126 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2127 {
2128         return deferred_grow_zone(zone, order);
2129 }
2130
2131 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2132
2133 void __init page_alloc_init_late(void)
2134 {
2135         struct zone *zone;
2136         int nid;
2137
2138 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2139
2140         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2141         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2142         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2143                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2144         }
2145
2146         /* Block until all are initialised */
2147         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2148
2149         /*
2150          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2151          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2152          * will be artificially small.
2153          */
2154         for_each_populated_zone(zone)
2155                 zone_pcp_update(zone);
2156
2157         /*
2158          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2159          * on-demand struct page initialization.
2160          */
2161         static_branch_disable(&deferred_pages);
2162
2163         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2164         files_maxfiles_init();
2165 #endif
2166
2167         buffer_init();
2168
2169         /* Discard memblock private memory */
2170         memblock_discard();
2171
2172         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2173                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2174
2175         for_each_populated_zone(zone)
2176                 set_zone_contiguous(zone);
2177 }
2178
2179 #ifdef CONFIG_CMA
2180 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2181 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2182 {
2183         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2184         struct page *p = page;
2185
2186         do {
2187                 __ClearPageReserved(p);
2188                 set_page_count(p, 0);
2189         } while (++p, --i);
2190
2191         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2192
2193         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2194                 i = pageblock_nr_pages;
2195                 p = page;
2196                 do {
2197                         set_page_refcounted(p);
2198                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2199                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2200                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2201         } else {
2202                 set_page_refcounted(page);
2203                 __free_pages(page, pageblock_order);
2204         }
2205
2206         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2207         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2208 }
2209 #endif
2210
2211 /*
2212  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2213  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2214  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2215  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2216  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2217  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2218  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2219  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2220  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2221  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2222  *
2223  * -- nyc
2224  */
2225 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2226         int low, int high, int migratetype)
2227 {
2228         unsigned long size = 1 << high;
2229
2230         while (high > low) {
2231                 high--;
2232                 size >>= 1;
2233                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2234
2235                 /*
2236                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2237                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2238                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2239                  * pages will stay not present in virtual address space
2240                  */
2241                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2242                         continue;
2243
2244                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2245                 set_buddy_order(&page[size], high);
2246         }
2247 }
2248
2249 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2250 {
2251         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2252                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2253                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2254                 return;
2255         }
2256
2257         bad_page(page,
2258                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2259 }
2260
2261 /*
2262  * This page is about to be returned from the page allocator
2263  */
2264 static inline int check_new_page(struct page *page)
2265 {
2266         if (likely(page_expected_state(page,
2267                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2268                 return 0;
2269
2270         check_new_page_bad(page);
2271         return 1;
2272 }
2273
2274 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2275 /*
2276  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2277  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2278  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2279  */
2280 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2281 {
2282         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2283                 return check_new_page(page);
2284         else
2285                 return false;
2286 }
2287
2288 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2289 {
2290         return check_new_page(page);
2291 }
2292 #else
2293 /*
2294  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2295  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2296  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2297  */
2298 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2299 {
2300         return check_new_page(page);
2301 }
2302 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2303 {
2304         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2305                 return check_new_page(page);
2306         else
2307                 return false;
2308 }
2309 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2310
2311 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2312 {
2313         int i;
2314         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2315                 struct page *p = page + i;
2316
2317                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2318                         return true;
2319         }
2320
2321         return false;
2322 }
2323
2324 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2325                                 gfp_t gfp_flags)
2326 {
2327         bool init;
2328
2329         set_page_private(page, 0);
2330         set_page_refcounted(page);
2331
2332         arch_alloc_page(page, order);
2333         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2334
2335         /*
2336          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2337          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2338          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2339          */
2340         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2341
2342         /*
2343          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2344          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2345          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2346          */
2347         init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2348         kasan_alloc_pages(page, order, init);
2349         if (init && !kasan_has_integrated_init())
2350                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2351
2352         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2353 }
2354
2355 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2356                                                         unsigned int alloc_flags)
2357 {
2358         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2359
2360         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2361                 prep_compound_page(page, order);
2362
2363         /*
2364          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2365          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2366          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2367          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2368          */
2369         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2370                 set_page_pfmemalloc(page);
2371         else
2372                 clear_page_pfmemalloc(page);
2373 }
2374
2375 /*
2376  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2377  * the smallest available page from the freelists
2378  */
2379 static __always_inline
2380 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2381                                                 int migratetype)
2382 {
2383         unsigned int current_order;
2384         struct free_area *area;
2385         struct page *page;
2386
2387         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2388         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2389                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2390                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2391                 if (!page)
2392                         continue;
2393                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2394                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2395                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2396                 return page;
2397         }
2398
2399         return NULL;
2400 }
2401
2402
2403 /*
2404  * This array describes the order lists are fallen back to when
2405  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2406  */
2407 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2408         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2409         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2410         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2411 #ifdef CONFIG_CMA
2412         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2413 #endif
2414 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2415         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2416 #endif
2417 };
2418
2419 #ifdef CONFIG_CMA
2420 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2421                                         unsigned int order)
2422 {
2423         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2424 }
2425 #else
2426 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2427                                         unsigned int order) { return NULL; }
2428 #endif
2429
2430 /*
2431  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2432  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2433  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2434  */
2435 static int move_freepages(struct zone *zone,
2436                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2437                           int migratetype, int *num_movable)
2438 {
2439         struct page *page;
2440         unsigned long pfn;
2441         unsigned int order;
2442         int pages_moved = 0;
2443
2444         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2445                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2446                         pfn++;
2447                         continue;
2448                 }
2449
2450                 page = pfn_to_page(pfn);
2451                 if (!PageBuddy(page)) {
2452                         /*
2453                          * We assume that pages that could be isolated for
2454                          * migration are movable. But we don't actually try
2455                          * isolating, as that would be expensive.
2456                          */
2457                         if (num_movable &&
2458                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2459                                 (*num_movable)++;
2460                         pfn++;
2461                         continue;
2462                 }
2463
2464                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2465                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2466                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2467
2468                 order = buddy_order(page);
2469                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2470                 pfn += 1 << order;
2471                 pages_moved += 1 << order;
2472         }
2473
2474         return pages_moved;
2475 }
2476
2477 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2478                                 int migratetype, int *num_movable)
2479 {
2480         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2481
2482         if (num_movable)
2483                 *num_movable = 0;
2484
2485         pfn = page_to_pfn(page);
2486         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2487         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2488
2489         /* Do not cross zone boundaries */
2490         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2491                 start_pfn = pfn;
2492         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2493                 return 0;
2494
2495         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2496                                                                 num_movable);
2497 }
2498
2499 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2500                                         int start_order, int migratetype)
2501 {
2502         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2503
2504         while (nr_pageblocks--) {
2505                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2506                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2507         }
2508 }
2509
2510 /*
2511  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2512  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2513  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2514  *
2515  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2516  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2517  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2518  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2519  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2520  * pageblocks.
2521  */
2522 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2523 {
2524         /*
2525          * Leaving this order check is intended, although there is
2526          * relaxed order check in next check. The reason is that
2527          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2528          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2529          * so could be changed anytime.
2530          */
2531         if (order >= pageblock_order)
2532                 return true;
2533
2534         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2535                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2536                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2537                 page_group_by_mobility_disabled)
2538                 return true;
2539
2540         return false;
2541 }
2542
2543 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2544 {
2545         unsigned long max_boost;
2546
2547         if (!watermark_boost_factor)
2548                 return false;
2549         /*
2550          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2551          * On small machines, including kdump capture kernels running
2552          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2553          * memory situation immediately.
2554          */
2555         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2556                 return false;
2557
2558         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2559                         watermark_boost_factor, 10000);
2560
2561         /*
2562          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2563          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2564          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2565          * allocations that early means that reclaim is not going
2566          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2567          * boosted watermark resulting in a hang.
2568          */
2569         if (!max_boost)
2570                 return false;
2571
2572         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2573
2574         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2575                 max_boost);
2576
2577         return true;
2578 }
2579
2580 /*
2581  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2582  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2583  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2584  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2585  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2586  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2587  */
2588 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2589                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2590 {
2591         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2592         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2593         int old_block_type;
2594
2595         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2596
2597         /*
2598          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2599          * highatomic accounting.
2600          */
2601         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2602                 goto single_page;
2603
2604         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2605         if (current_order >= pageblock_order) {
2606                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2607                 goto single_page;
2608         }
2609
2610         /*
2611          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2612          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2613          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2614          */
2615         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2616                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2617
2618         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2619         if (!whole_block)
2620                 goto single_page;
2621
2622         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2623                                                 &movable_pages);
2624         /*
2625          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2626          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2627          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2628          */
2629         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2630                 alike_pages = movable_pages;
2631         } else {
2632                 /*
2633                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2634                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2635                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2636                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2637                  * exact migratetype of non-movable pages.
2638                  */
2639                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2640                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2641                                                 - (free_pages + movable_pages);
2642                 else
2643                         alike_pages = 0;
2644         }
2645
2646         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2647         if (!free_pages)
2648                 goto single_page;
2649
2650         /*
2651          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2652          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2653          */
2654         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2655                         page_group_by_mobility_disabled)
2656                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2657
2658         return;
2659
2660 single_page:
2661         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2666  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2667  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2668  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2669  */
2670 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2671                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2672 {
2673         int i;
2674         int fallback_mt;
2675
2676         if (area->nr_free == 0)
2677                 return -1;
2678
2679         *can_steal = false;
2680         for (i = 0;; i++) {
2681                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2682                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2683                         break;
2684
2685                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2686                         continue;
2687
2688                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2689                         *can_steal = true;
2690
2691                 if (!only_stealable)
2692                         return fallback_mt;
2693
2694                 if (*can_steal)
2695                         return fallback_mt;
2696         }
2697
2698         return -1;
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2703  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2704  */
2705 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2706                                 unsigned int alloc_order)
2707 {
2708         int mt;
2709         unsigned long max_managed, flags;
2710
2711         /*
2712          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2713          * Check is race-prone but harmless.
2714          */
2715         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2716         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2717                 return;
2718
2719         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2720
2721         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2722         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2723                 goto out_unlock;
2724
2725         /* Yoink! */
2726         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2727         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2728             && !is_migrate_cma(mt)) {
2729                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2730                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2731                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2732         }
2733
2734 out_unlock:
2735         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2740  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2741  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2742  * to recover from than an OOM.
2743  *
2744  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2745  * pageblock is exhausted.
2746  */
2747 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2748                                                 bool force)
2749 {
2750         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2751         unsigned long flags;
2752         struct zoneref *z;
2753         struct zone *zone;
2754         struct page *page;
2755         int order;
2756         bool ret;
2757
2758         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2759                                                                 ac->nodemask) {
2760                 /*
2761                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2762                  * is really high.
2763                  */
2764                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2765                                         pageblock_nr_pages)
2766                         continue;
2767
2768                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2769                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2770                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2771
2772                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2773                         if (!page)
2774                                 continue;
2775
2776                         /*
2777                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2778                          * we can counter several free pages in a pageblock
2779                          * in this loop although we changed the pageblock type
2780                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2781                          * adjust the count once.
2782                          */
2783                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2784                                 /*
2785                                  * It should never happen but changes to
2786                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2787                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2788                                  * while unreserving so be safe and watch for
2789                                  * underflows.
2790                                  */
2791                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2792                                                 pageblock_nr_pages,
2793                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2794                         }
2795
2796                         /*
2797                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2798                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2799                          * is doing the work and needs the pages. More
2800                          * importantly, if the block was always converted to
2801                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2802                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2803                          * may increase.
2804                          */
2805                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2806                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2807                                                                         NULL);
2808                         if (ret) {
2809                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2810                                 return ret;
2811                         }
2812                 }
2813                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2814         }
2815
2816         return false;
2817 }
2818
2819 /*
2820  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2821  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2822  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2823  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2824  *
2825  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2826  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2827  * condition simpler.
2828  */
2829 static __always_inline bool
2830 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2831                                                 unsigned int alloc_flags)
2832 {
2833         struct free_area *area;
2834         int current_order;
2835         int min_order = order;
2836         struct page *page;
2837         int fallback_mt;
2838         bool can_steal;
2839
2840         /*
2841          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2842          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2843          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2844          */
2845         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2846                 min_order = pageblock_order;
2847
2848         /*
2849          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2850          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2851          * would be too costly to do exactly.
2852          */
2853         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2854                                 --current_order) {
2855                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2856                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2857                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2858                 if (fallback_mt == -1)
2859                         continue;
2860
2861                 /*
2862                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2863                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2864                  * steal and split the smallest available page instead of the
2865                  * largest available page, because even if the next movable
2866                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2867                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2868                  */
2869                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2870                                         && current_order > order)
2871                         goto find_smallest;
2872
2873                 goto do_steal;
2874         }
2875
2876         return false;
2877
2878 find_smallest:
2879         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2880                                                         current_order++) {
2881                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2882                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2883                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2884                 if (fallback_mt != -1)
2885                         break;
2886         }
2887
2888         /*
2889          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2890          * when looking for the largest page.
2891          */
2892         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2893
2894 do_steal:
2895         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2896
2897         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2898                                                                 can_steal);
2899
2900         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2901                 start_migratetype, fallback_mt);
2902
2903         return true;
2904
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2909  * Call me with the zone->lock already held.
2910  */
2911 static __always_inline struct page *
2912 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2913                                                 unsigned int alloc_flags)
2914 {
2915         struct page *page;
2916
2917         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2918                 /*
2919                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2920                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2921                  * is in the CMA area.
2922                  */
2923                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2924                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2925                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2926                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2927                         if (page)
2928                                 goto out;
2929                 }
2930         }
2931 retry:
2932         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2933         if (unlikely(!page)) {
2934                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2935                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2936
2937                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2938                                                                 alloc_flags))
2939                         goto retry;
2940         }
2941 out:
2942         if (page)
2943                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2944         return page;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2949  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2950  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2951  */
2952 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2953                         unsigned long count, struct list_head *list,
2954                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2955 {
2956         int i, allocated = 0;
2957
2958         spin_lock(&zone->lock);
2959         for (i = 0; i < count; ++i) {
2960                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2961                                                                 alloc_flags);
2962                 if (unlikely(page == NULL))
2963                         break;
2964
2965                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2966                         continue;
2967
2968                 /*
2969                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2970                  * physical page order. The page is added to the tail of
2971                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2972                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2973                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2974                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2975                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2976                  * pages are ordered properly.
2977                  */
2978                 list_add_tail(&page->lru, list);
2979                 allocated++;
2980                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2981                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2982                                               -(1 << order));
2983         }
2984
2985         /*
2986          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2987          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2988          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
2989          * pages added to the pcp list.
2990          */
2991         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2992         spin_unlock(&zone->lock);
2993         return allocated;
2994 }
2995
2996 #ifdef CONFIG_NUMA
2997 /*
2998  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2999  * currently executing processor on remote nodes after they have
3000  * expired.
3001  *
3002  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3003  * a single processor.
3004  */
3005 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3006 {
3007         unsigned long flags;
3008         int to_drain, batch;
3009
3010         local_irq_save(flags);
3011         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3012         to_drain = min(pcp->count, batch);
3013         if (to_drain > 0)
3014                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3015         local_irq_restore(flags);
3016 }
3017 #endif
3018
3019 /*
3020  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3021  *
3022  * The processor must either be the current processor and the
3023  * thread pinned to the current processor or a processor that
3024  * is not online.
3025  */
3026 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3027 {
3028         unsigned long flags;
3029         struct per_cpu_pageset *pset;
3030         struct per_cpu_pages *pcp;
3031
3032         local_irq_save(flags);
3033         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3034
3035         pcp = &pset->pcp;
3036         if (pcp->count)
3037                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3038         local_irq_restore(flags);
3039 }
3040
3041 /*
3042  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3043  *
3044  * The processor must either be the current processor and the
3045  * thread pinned to the current processor or a processor that
3046  * is not online.
3047  */
3048 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3049 {
3050         struct zone *zone;
3051
3052         for_each_populated_zone(zone) {
3053                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3054         }
3055 }
3056
3057 /*
3058  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3059  *
3060  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3061  * the single zone's pages.
3062  */
3063 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3064 {
3065         int cpu = smp_processor_id();
3066
3067         if (zone)
3068                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3069         else
3070                 drain_pages(cpu);
3071 }
3072
3073 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3074 {
3075         struct pcpu_drain *drain;
3076
3077         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3078
3079         /*
3080          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3081          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3082          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3083          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3084          * a different one.
3085          */
3086         preempt_disable();
3087         drain_local_pages(drain->zone);
3088         preempt_enable();
3089 }
3090
3091 /*
3092  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3093  * drain on all cpus.
3094  *
3095  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3096  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3097  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3098  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3099  * optimizing racy check.
3100  */
3101 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3102 {
3103         int cpu;
3104
3105         /*
3106          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3107          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3108          */
3109         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3110
3111         /*
3112          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3113          * initialized.
3114          */
3115         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3116                 return;
3117
3118         /*
3119          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3120          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3121          * the drain to be complete when the call returns.
3122          */
3123         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3124                 if (!zone)
3125                         return;
3126                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3127         }
3128
3129         /*
3130          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3131          * as offline notification will cause the notified
3132          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3133          * disables preemption as part of its processing
3134          */
3135         for_each_online_cpu(cpu) {
3136                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3137                 struct zone *z;
3138                 bool has_pcps = false;
3139
3140                 if (force_all_cpus) {
3141                         /*
3142                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3143                          * guarantee that no cpu is missed.
3144                          */
3145                         has_pcps = true;
3146                 } else if (zone) {
3147                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3148                         if (pcp->pcp.count)
3149                                 has_pcps = true;
3150                 } else {
3151                         for_each_populated_zone(z) {
3152                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3153                                 if (pcp->pcp.count) {
3154                                         has_pcps = true;
3155                                         break;
3156                                 }
3157                         }
3158                 }
3159
3160                 if (has_pcps)
3161                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3162                 else
3163                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3164         }
3165
3166         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3167                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3168
3169                 drain->zone = zone;
3170                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3171                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3172         }
3173         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3174                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3175
3176         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3181  *
3182  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3183  *
3184  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3185  */
3186 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3187 {
3188         __drain_all_pages(zone, false);
3189 }
3190
3191 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3192
3193 /*
3194  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3195  */
3196 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3197
3198 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3199 {
3200         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3201         unsigned long flags;
3202         unsigned int order, t;
3203         struct page *page;
3204
3205         if (zone_is_empty(zone))
3206                 return;
3207
3208         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3209
3210         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3211         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3212                 if (pfn_valid(pfn)) {
3213                         page = pfn_to_page(pfn);
3214
3215                         if (!--page_count) {
3216                                 touch_nmi_watchdog();
3217                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3218                         }
3219
3220                         if (page_zone(page) != zone)
3221                                 continue;
3222
3223                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3224                                 swsusp_unset_page_free(page);
3225                 }
3226
3227         for_each_migratetype_order(order, t) {
3228                 list_for_each_entry(page,
3229                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3230                         unsigned long i;
3231
3232                         pfn = page_to_pfn(page);
3233                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3234                                 if (!--page_count) {
3235                                         touch_nmi_watchdog();
3236                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3237                                 }
3238                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3239                         }
3240                 }
3241         }
3242         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3243 }
3244 #endif /* CONFIG_PM */
3245
3246 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3247 {
3248         int migratetype;
3249
3250         if (!free_pcp_prepare(page))
3251                 return false;
3252
3253         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3254         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3255         return true;
3256 }
3257
3258 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3259 {
3260         struct zone *zone = page_zone(page);
3261         struct per_cpu_pages *pcp;
3262         int migratetype;
3263
3264         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3265         __count_vm_event(PGFREE);
3266
3267         /*
3268          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3269          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3270          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3271          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3272          * excessively into the page allocator
3273          */
3274         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3275                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3276                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype,
3277                                       FPI_NONE);
3278                         return;
3279                 }
3280                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3281         }
3282
3283         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3284         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3285         pcp->count++;
3286         if (pcp->count >= READ_ONCE(pcp->high))
3287                 free_pcppages_bulk(zone, READ_ONCE(pcp->batch), pcp);
3288 }
3289
3290 /*
3291  * Free a 0-order page
3292  */
3293 void free_unref_page(struct page *page)
3294 {
3295         unsigned long flags;
3296         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3297
3298         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3299                 return;
3300
3301         local_irq_save(flags);
3302         free_unref_page_commit(page, pfn);
3303         local_irq_restore(flags);
3304 }
3305
3306 /*
3307  * Free a list of 0-order pages
3308  */
3309 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3310 {
3311         struct page *page, *next;
3312         unsigned long flags, pfn;
3313         int batch_count = 0;
3314
3315         /* Prepare pages for freeing */
3316         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3317                 pfn = page_to_pfn(page);
3318                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3319                         list_del(&page->lru);
3320                 set_page_private(page, pfn);
3321         }
3322
3323         local_irq_save(flags);
3324         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3325                 unsigned long pfn = page_private(page);
3326
3327                 set_page_private(page, 0);
3328                 trace_mm_page_free_batched(page);
3329                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3330
3331                 /*
3332                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3333                  * a large list of pages to free.
3334                  */
3335                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3336                         local_irq_restore(flags);
3337                         batch_count = 0;
3338                         local_irq_save(flags);
3339                 }
3340         }
3341         local_irq_restore(flags);
3342 }
3343
3344 /*
3345  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3346  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3347  * Each sub-page must be freed individually.
3348  *
3349  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3350  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3351  */
3352 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3353 {
3354         int i;
3355
3356         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3357         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3358
3359         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3360                 set_page_refcounted(page + i);
3361         split_page_owner(page, 1 << order);
3362         split_page_memcg(page, 1 << order);
3363 }
3364 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3365
3366 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3367 {
3368         unsigned long watermark;
3369         struct zone *zone;
3370         int mt;
3371
3372         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3373
3374         zone = page_zone(page);
3375         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3376
3377         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3378                 /*
3379                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3380                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3381                  * watermark, because we already know our high-order page
3382                  * exists.
3383                  */
3384                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3385                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3386                         return 0;
3387
3388                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3389         }
3390
3391         /* Remove page from free list */
3392
3393         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3394
3395         /*
3396          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3397          * pageblock
3398          */
3399         if (order >= pageblock_order - 1) {
3400                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3401                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3402                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3403                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3404                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3405                                 set_pageblock_migratetype(page,
3406                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3407                 }
3408         }
3409
3410
3411         return 1UL << order;
3412 }
3413
3414 /**
3415  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3416  * @page: Page that was isolated
3417  * @order: Order of the isolated page
3418  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3419  *
3420  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3421  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3422  */
3423 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3424 {
3425         struct zone *zone = page_zone(page);
3426
3427         /* zone lock should be held when this function is called */
3428         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3429
3430         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3431         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3432                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3433 }
3434
3435 /*
3436  * Update NUMA hit/miss statistics
3437  *
3438  * Must be called with interrupts disabled.
3439  */
3440 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3441 {
3442 #ifdef CONFIG_NUMA
3443         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3444
3445         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3446         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3447                 return;
3448
3449         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3450                 local_stat = NUMA_OTHER;
3451
3452         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3453                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3454         else {
3455                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3456                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3457         }
3458         __inc_numa_state(z, local_stat);
3459 #endif
3460 }
3461
3462 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3463 static inline
3464 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3465                         unsigned int alloc_flags,
3466                         struct per_cpu_pages *pcp,
3467                         struct list_head *list)
3468 {
3469         struct page *page;
3470
3471         do {
3472                 if (list_empty(list)) {
3473                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3474                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3475                                         migratetype, alloc_flags);
3476                         if (unlikely(list_empty(list)))
3477                                 return NULL;
3478                 }
3479
3480                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3481                 list_del(&page->lru);
3482                 pcp->count--;
3483         } while (check_new_pcp(page));
3484
3485         return page;
3486 }
3487
3488 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3489 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3490                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3491                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3492 {
3493         struct per_cpu_pages *pcp;
3494         struct list_head *list;
3495         struct page *page;
3496         unsigned long flags;
3497
3498         local_irq_save(flags);
3499         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3500         list = &pcp->lists[migratetype];
3501         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3502         if (page) {
3503                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3504                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3505         }
3506         local_irq_restore(flags);
3507         return page;
3508 }
3509
3510 /*
3511  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3512  */
3513 static inline
3514 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3515                         struct zone *zone, unsigned int order,
3516                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3517                         int migratetype)
3518 {
3519         unsigned long flags;
3520         struct page *page;
3521
3522         if (likely(order == 0)) {
3523                 /*
3524                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3525                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3526                  */
3527                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3528                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3529                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3530                                         migratetype, alloc_flags);
3531                         goto out;
3532                 }
3533         }
3534
3535         /*
3536          * We most definitely don't want callers attempting to
3537          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3538          */
3539         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3540         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3541
3542         do {
3543                 page = NULL;
3544                 /*
3545                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3546                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3547                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3548                  * request should skip it.
3549                  */
3550                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3551                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3552                         if (page)
3553                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3554                 }
3555                 if (!page)
3556                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3557         } while (page && check_new_pages(page, order));
3558         spin_unlock(&zone->lock);
3559         if (!page)
3560                 goto failed;
3561         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3562                                   get_pcppage_migratetype(page));
3563
3564         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3565         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3566         local_irq_restore(flags);
3567
3568 out:
3569         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3570         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3571                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3572                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3573         }
3574
3575         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3576         return page;
3577
3578 failed:
3579         local_irq_restore(flags);
3580         return NULL;
3581 }
3582
3583 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3584
3585 static struct {
3586         struct fault_attr attr;
3587
3588         bool ignore_gfp_highmem;
3589         bool ignore_gfp_reclaim;
3590         u32 min_order;
3591 } fail_page_alloc = {
3592         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3593         .ignore_gfp_reclaim = true,
3594         .ignore_gfp_highmem = true,
3595         .min_order = 1,
3596 };
3597
3598 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3599 {
3600         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3601 }
3602 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3603
3604 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3605 {
3606         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3607                 return false;
3608         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3609                 return false;
3610         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3611                 return false;
3612         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3613                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3614                 return false;
3615
3616         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3617 }
3618
3619 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3620
3621 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3622 {
3623         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3624         struct dentry *dir;
3625
3626         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3627                                         &fail_page_alloc.attr);
3628
3629         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3630                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3631         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3632                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3633         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3634
3635         return 0;
3636 }
3637
3638 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3639
3640 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3641
3642 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3643
3644 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3645 {
3646         return false;
3647 }
3648
3649 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3650
3651 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3652 {
3653         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3654 }
3655 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3656
3657 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3658                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3659 {
3660         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3661         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3662
3663         /*
3664          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3665          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3666          * atomic reserve but it avoids a search.
3667          */
3668         if (likely(!alloc_harder))
3669                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3670
3671 #ifdef CONFIG_CMA
3672         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3673         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3674                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3675 #endif
3676
3677         return unusable_free;
3678 }
3679
3680 /*
3681  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3682  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3683  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3684  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3685  */
3686 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3687                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3688                          long free_pages)
3689 {
3690         long min = mark;
3691         int o;
3692         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3693
3694         /* free_pages may go negative - that's OK */
3695         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3696
3697         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3698                 min -= min / 2;
3699
3700         if (unlikely(alloc_harder)) {
3701                 /*
3702                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3703                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3704                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3705                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3706                  */
3707                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3708                         min -= min / 2;
3709                 else
3710                         min -= min / 4;
3711         }
3712
3713         /*
3714          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3715          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3716          * even if a suitable page happened to be free.
3717          */
3718         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3719                 return false;
3720
3721         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3722         if (!order)
3723                 return true;
3724
3725         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3726         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3727                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3728                 int mt;
3729
3730                 if (!area->nr_free)
3731                         continue;
3732
3733                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3734                         if (!free_area_empty(area, mt))
3735                                 return true;
3736                 }
3737
3738 #ifdef CONFIG_CMA
3739                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3740                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3741                         return true;
3742                 }
3743 #endif
3744                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3745                         return true;
3746         }
3747         return false;
3748 }
3749
3750 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3751                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3752 {
3753         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3754                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3755 }
3756
3757 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3758                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3759                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3760 {
3761         long free_pages;
3762
3763         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3764
3765         /*
3766          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3767          * need to be calculated.
3768          */
3769         if (!order) {
3770                 long fast_free;
3771
3772                 fast_free = free_pages;
3773                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3774                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3775                         return true;
3776         }
3777
3778         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3779                                         free_pages))
3780                 return true;
3781         /*
3782          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3783          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3784          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3785          * when below the low watermark.
3786          */
3787         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3788                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3789                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3790                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3791                                         alloc_flags, free_pages);
3792         }
3793
3794         return false;
3795 }
3796
3797 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3798                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3799 {
3800         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3801
3802         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3803                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3804
3805         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3806                                                                 free_pages);
3807 }
3808
3809 #ifdef CONFIG_NUMA
3810 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3811 {
3812         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3813                                 node_reclaim_distance;
3814 }
3815 #else   /* CONFIG_NUMA */
3816 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3817 {
3818         return true;
3819 }
3820 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3821
3822 /*
3823  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3824  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3825  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3826  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3827  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3828  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3829  */
3830 static inline unsigned int
3831 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3832 {
3833         unsigned int alloc_flags;
3834
3835         /*
3836          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3837          * to save a branch.
3838          */
3839         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3840
3841 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3842         if (!zone)
3843                 return alloc_flags;
3844
3845         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3846                 return alloc_flags;
3847
3848         /*
3849          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3850          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3851          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3852          */
3853         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3854         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3855                 return alloc_flags;
3856
3857         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3858 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3859         return alloc_flags;
3860 }
3861
3862 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3863 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3864                                                   unsigned int alloc_flags)
3865 {
3866 #ifdef CONFIG_CMA
3867         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3868                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3869 #endif
3870         return alloc_flags;
3871 }
3872
3873 /*
3874  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3875  * a page.
3876  */
3877 static struct page *
3878 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3879                                                 const struct alloc_context *ac)
3880 {
3881         struct zoneref *z;
3882         struct zone *zone;
3883         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3884         bool no_fallback;
3885
3886 retry:
3887         /*
3888          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3889          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3890          */
3891         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3892         z = ac->preferred_zoneref;
3893         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3894                                         ac->nodemask) {
3895                 struct page *page;
3896                 unsigned long mark;
3897
3898                 if (cpusets_enabled() &&
3899                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3900                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3901                                 continue;
3902                 /*
3903                  * When allocating a page cache page for writing, we
3904                  * want to get it from a node that is within its dirty
3905                  * limit, such that no single node holds more than its
3906                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3907                  * The dirty limits take into account the node's
3908                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3909                  * should be able to balance it without having to
3910                  * write pages from its LRU list.
3911                  *
3912                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3913                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3914                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3915                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3916                  * nodes are together not big enough to reach the
3917                  * global limit.  The proper fix for these situations
3918                  * will require awareness of nodes in the
3919                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3920                  */
3921                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3922                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3923                                 continue;
3924
3925                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3926                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3927                                 continue;
3928                         }
3929                 }
3930
3931                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3932                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3933                         int local_nid;
3934
3935                         /*
3936                          * If moving to a remote node, retry but allow
3937                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3938                          * than fragmentation avoidance.
3939                          */
3940                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3941                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3942                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3943                                 goto retry;
3944                         }
3945                 }
3946
3947                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3948                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3949                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3950                                        gfp_mask)) {
3951                         int ret;
3952
3953 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3954                         /*
3955                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3956                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3957                          */
3958                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3959                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3960                                         goto try_this_zone;
3961                         }
3962 #endif
3963                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3964                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3965                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3966                                 goto try_this_zone;
3967
3968                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3969                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3970                                 continue;
3971
3972                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3973                         switch (ret) {
3974                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3975                                 /* did not scan */
3976                                 continue;
3977                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3978                                 /* scanned but unreclaimable */
3979                                 continue;
3980                         default:
3981                                 /* did we reclaim enough */
3982                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3983                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3984                                         goto try_this_zone;
3985
3986                                 continue;
3987                         }
3988                 }
3989
3990 try_this_zone:
3991                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3992                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3993                 if (page) {
3994                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3995
3996                         /*
3997                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3998                          * if the pageblock should be reserved for the future
3999                          */
4000                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4001                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4002
4003                         return page;
4004                 } else {
4005 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4006                         /* Try again if zone has deferred pages */
4007                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4008                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4009                                         goto try_this_zone;
4010                         }
4011 #endif
4012                 }
4013         }
4014
4015         /*
4016          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4017          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4018          */
4019         if (no_fallback) {
4020                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4021                 goto retry;
4022         }
4023
4024         return NULL;
4025 }
4026
4027 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4028 {
4029         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4030
4031         /*
4032          * This documents exceptions given to allocations in certain
4033          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4034          * of allowed nodes.
4035          */
4036         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4037                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4038                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4039                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4040         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4041                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4042
4043         show_mem(filter, nodemask);
4044 }
4045
4046 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4047 {
4048         struct va_format vaf;
4049         va_list args;
4050         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4051
4052         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4053                 return;
4054
4055         va_start(args, fmt);
4056         vaf.fmt = fmt;
4057         vaf.va = &args;
4058         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4059                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4060                         nodemask_pr_args(nodemask));
4061         va_end(args);
4062
4063         cpuset_print_current_mems_allowed();
4064         pr_cont("\n");
4065         dump_stack();
4066         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4067 }
4068
4069 static inline struct page *
4070 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4071                               unsigned int alloc_flags,
4072                               const struct alloc_context *ac)
4073 {
4074         struct page *page;
4075
4076         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4077                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4078         /*
4079          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4080          * are depleted
4081          */
4082         if (!page)
4083                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4084                                 alloc_flags, ac);
4085
4086         return page;
4087 }
4088
4089 static inline struct page *
4090 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4091         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4092 {
4093         struct oom_control oc = {
4094                 .zonelist = ac->zonelist,
4095                 .nodemask = ac->nodemask,
4096                 .memcg = NULL,
4097                 .gfp_mask = gfp_mask,
4098                 .order = order,
4099         };
4100         struct page *page;
4101
4102         *did_some_progress = 0;
4103
4104         /*
4105          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4106          * making progress for us.
4107          */
4108         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4109                 *did_some_progress = 1;
4110                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4111                 return NULL;
4112         }
4113
4114         /*
4115          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4116          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4117          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4118          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4119          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4120          */
4121         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4122                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4123                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4124         if (page)
4125                 goto out;
4126
4127         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4128         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4129                 goto out;
4130         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4131         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4132                 goto out;
4133         /*
4134          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4135          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4136          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4137          * fallback than shooting a random task.
4138          *
4139          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4140          */
4141         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4142                 goto out;
4143         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4144         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4145                 goto out;
4146         if (pm_suspended_storage())
4147                 goto out;
4148         /*
4149          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4150          * other request to make a forward progress.
4151          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4152          * do much for this context but let's try it to at least get
4153          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4154          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4155          * failures more gracefully we should just bail out here.
4156          */
4157
4158         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4159         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4160                 *did_some_progress = 1;
4161
4162                 /*
4163                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4164                  * reserves
4165                  */
4166                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4167                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4168                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4169         }
4170 out:
4171         mutex_unlock(&oom_lock);
4172         return page;
4173 }
4174
4175 /*
4176  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4177  * killer is consider as the only way to move forward.
4178  */
4179 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4180
4181 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4182 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4183 static struct page *
4184 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4185                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4186                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4187 {
4188         struct page *page = NULL;
4189         unsigned long pflags;
4190         unsigned int noreclaim_flag;
4191
4192         if (!order)
4193                 return NULL;
4194
4195         psi_memstall_enter(&pflags);
4196         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4197
4198         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4199                                                                 prio, &page);
4200
4201         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4202         psi_memstall_leave(&pflags);
4203
4204         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4205                 return NULL;
4206         /*
4207          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4208          * count a compaction stall
4209          */
4210         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4211
4212         /* Prep a captured page if available */
4213         if (page)
4214                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4215
4216         /* Try get a page from the freelist if available */
4217         if (!page)
4218                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4219
4220         if (page) {
4221                 struct zone *zone = page_zone(page);
4222
4223                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4224                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4225                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4226                 return page;
4227         }
4228
4229         /*
4230          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4231          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4232          */
4233         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4234
4235         cond_resched();
4236
4237         return NULL;
4238 }
4239
4240 static inline bool
4241 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4242                      enum compact_result compact_result,
4243                      enum compact_priority *compact_priority,
4244                      int *compaction_retries)
4245 {
4246         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4247         int min_priority;
4248         bool ret = false;
4249         int retries = *compaction_retries;
4250         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4251
4252         if (!order)
4253                 return false;
4254
4255         if (compaction_made_progress(compact_result))
4256                 (*compaction_retries)++;
4257
4258         /*
4259          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4260          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4261          * failure could be caused by insufficient priority
4262          */
4263         if (compaction_failed(compact_result))
4264                 goto check_priority;
4265
4266         /*
4267          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4268          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4269          */
4270         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4271                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4272                 goto out;
4273         }
4274
4275         /*
4276          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4277          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4278          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4279          * we don't just keep bailing out endlessly.
4280          */
4281         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4282                 goto check_priority;
4283         }
4284
4285         /*
4286          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4287          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4288          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4289          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4290          * would need much more detailed feedback from compaction to
4291          * make a better decision.
4292          */
4293         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4294                 max_retries /= 4;
4295         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4296                 ret = true;
4297                 goto out;
4298         }
4299
4300         /*
4301          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4302          * all retries or failed at the lower priorities.
4303          */
4304 check_priority:
4305         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4306                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4307
4308         if (*compact_priority > min_priority) {
4309                 (*compact_priority)--;
4310                 *compaction_retries = 0;
4311                 ret = true;
4312         }
4313 out:
4314         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4315         return ret;
4316 }
4317 #else
4318 static inline struct page *
4319 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4320                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4321                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4322 {
4323         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4324         return NULL;
4325 }
4326
4327 static inline bool
4328 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4329                      enum compact_result compact_result,
4330                      enum compact_priority *compact_priority,
4331                      int *compaction_retries)
4332 {
4333         struct zone *zone;
4334         struct zoneref *z;
4335
4336         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4337                 return false;
4338
4339         /*
4340          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4341          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4342          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4343          * watermarks are OK.
4344          */
4345         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4346                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4347                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4348                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4349                         return true;
4350         }
4351         return false;
4352 }
4353 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4354
4355 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4356 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4357         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4358
4359 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4360 {
4361         /* no reclaim without waiting on it */
4362         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4363                 return false;
4364
4365         /* this guy won't enter reclaim */
4366         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4367                 return false;
4368
4369         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4370                 return false;
4371
4372         return true;
4373 }
4374
4375 void __fs_reclaim_acquire(void)
4376 {
4377         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4378 }
4379
4380 void __fs_reclaim_release(void)
4381 {
4382         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4383 }
4384
4385 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4386 {
4387         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4388
4389         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4390                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4391                         __fs_reclaim_acquire();
4392
4393 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4394                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4395                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4396 #endif
4397
4398         }
4399 }
4400 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4401
4402 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4403 {
4404         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4405
4406         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4407                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4408                         __fs_reclaim_release();
4409         }
4410 }
4411 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4412 #endif
4413
4414 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4415 static unsigned long
4416 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4417                                         const struct alloc_context *ac)
4418 {
4419         unsigned int noreclaim_flag;
4420         unsigned long pflags, progress;
4421
4422         cond_resched();
4423
4424         /* We now go into synchronous reclaim */
4425         cpuset_memory_pressure_bump();
4426         psi_memstall_enter(&pflags);
4427         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4428         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4429
4430         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4431                                                                 ac->nodemask);
4432
4433         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4434         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4435         psi_memstall_leave(&pflags);
4436
4437         cond_resched();
4438
4439         return progress;
4440 }
4441
4442 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4443 static inline struct page *
4444 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4445                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4446                 unsigned long *did_some_progress)
4447 {
4448         struct page *page = NULL;
4449         bool drained = false;
4450
4451         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4452         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4453                 return NULL;
4454
4455 retry:
4456         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4457
4458         /*
4459          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4460          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4461          * Shrink them and try again
4462          */
4463         if (!page && !drained) {
4464                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4465                 drain_all_pages(NULL);
4466                 drained = true;
4467                 goto retry;
4468         }
4469
4470         return page;
4471 }
4472
4473 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4474                              const struct alloc_context *ac)
4475 {
4476         struct zoneref *z;
4477         struct zone *zone;
4478         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4479         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4480
4481         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4482                                         ac->nodemask) {
4483                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4484                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4485                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4486         }
4487 }
4488
4489 static inline unsigned int
4490 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4491 {
4492         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4493
4494         /*
4495          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4496          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4497          * to save two branches.
4498          */
4499         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4500         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4501
4502         /*
4503          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4504          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4505          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4506          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4507          */
4508         alloc_flags |= (__force int)
4509                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4510
4511         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4512                 /*
4513                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4514                  * if it can't schedule.
4515                  */
4516                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4517                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4518                 /*
4519                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4520                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4521                  */
4522                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4523         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4524                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4525
4526         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4527
4528         return alloc_flags;
4529 }
4530
4531 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4532 {
4533         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4534                 return false;
4535
4536         /*
4537          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4538          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4539          */
4540         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4541                 return false;
4542
4543         return true;
4544 }
4545
4546 /*
4547  * Distinguish requests which really need access to full memory
4548  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4549  */
4550 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4551 {
4552         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4553                 return 0;
4554         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4555                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4556         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4557                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4558         if (!in_interrupt()) {
4559                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4560                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4561                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4562                         return ALLOC_OOM;
4563         }
4564
4565         return 0;
4566 }
4567
4568 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4569 {
4570         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4571 }
4572
4573 /*
4574  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4575  * for the given allocation request.
4576  *
4577  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4578  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4579  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4580  *
4581  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4582  */
4583 static inline bool
4584 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4585                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4586                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4587 {
4588         struct zone *zone;
4589         struct zoneref *z;
4590         bool ret = false;
4591
4592         /*
4593          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4594          * their order will become available due to high fragmentation so
4595          * always increment the no progress counter for them
4596          */
4597         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4598                 *no_progress_loops = 0;
4599         else
4600                 (*no_progress_loops)++;
4601
4602         /*
4603          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4604          * several times in the row.
4605          */
4606         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4607                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4608                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4609         }
4610
4611         /*
4612          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4613          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4614          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4615          * screwed and have to go OOM.
4616          */
4617         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4618                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4619                 unsigned long available;
4620                 unsigned long reclaimable;
4621                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4622                 bool wmark;
4623
4624                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4625                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4626
4627                 /*
4628                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4629                  * reclaimable pages?
4630                  */
4631                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4632                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4633                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4634                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4635                 if (wmark) {
4636                         /*
4637                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4638                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4639                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4640                          * prevent from pre mature OOM
4641                          */
4642                         if (!did_some_progress) {
4643                                 unsigned long write_pending;
4644
4645                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4646                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4647
4648                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4649                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4650                                         return true;
4651                                 }
4652                         }
4653
4654                         ret = true;
4655                         goto out;
4656                 }
4657         }
4658
4659 out:
4660         /*
4661          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4662          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4663          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4664          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4665          * here rather than calling cond_resched().
4666          */
4667         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4668                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4669         else
4670                 cond_resched();
4671         return ret;
4672 }
4673
4674 static inline bool
4675 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4676 {
4677         /*
4678          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4679          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4680          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4681          * such a way the check therein was true, and then it became false
4682          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4683          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4684          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4685          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4686          * caller can deal with a violated nodemask.
4687          */
4688         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4689                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4690                 ac->nodemask = NULL;
4691                 return true;
4692         }
4693
4694         /*
4695          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4696          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4697          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4698          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4699          * retry.
4700          */
4701         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4702                 return true;
4703
4704         return false;
4705 }
4706
4707 static inline struct page *
4708 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4709                                                 struct alloc_context *ac)
4710 {
4711         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4712         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4713         struct page *page = NULL;
4714         unsigned int alloc_flags;
4715         unsigned long did_some_progress;
4716         enum compact_priority compact_priority;
4717         enum compact_result compact_result;
4718         int compaction_retries;
4719         int no_progress_loops;
4720         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4721         int reserve_flags;
4722
4723         /*
4724          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4725          * callers that are not in atomic context.
4726          */
4727         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4728                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4729                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4730
4731 retry_cpuset:
4732         compaction_retries = 0;
4733         no_progress_loops = 0;
4734         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4735         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4736
4737         /*
4738          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4739          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4740          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4741          */
4742         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4743
4744         /*
4745          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4746          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4747          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4748          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4749          */
4750         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4751                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4752         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4753                 goto nopage;
4754
4755         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4756                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4757
4758         /*
4759          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4760          * that first
4761          */
4762         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4763         if (page)
4764                 goto got_pg;
4765
4766         /*
4767          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4768          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4769          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4770          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4771          * same migratetype.
4772          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4773          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4774          */
4775         if (can_direct_reclaim &&
4776                         (costly_order ||
4777                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4778                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4779                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4780                                                 alloc_flags, ac,
4781                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4782                                                 &compact_result);
4783                 if (page)
4784                         goto got_pg;
4785
4786                 /*
4787                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4788                  * includes some THP page fault allocations
4789                  */
4790                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4791                         /*
4792                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4793                          * failed because all zones are below low watermarks
4794                          * or is prohibited because it recently failed at this
4795                          * order, fail immediately unless the allocator has
4796                          * requested compaction and reclaim retry.
4797                          *
4798                          * Reclaim is
4799                          *  - potentially very expensive because zones are far
4800                          *    below their low watermarks or this is part of very
4801                          *    bursty high order allocations,
4802                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4803                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4804                          *    linear scan, and
4805                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4806                          *    own.
4807                          */
4808                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4809                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4810                                 goto nopage;
4811
4812                         /*
4813                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4814                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4815                          * using async compaction.
4816                          */
4817                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4818                 }
4819         }
4820
4821 retry:
4822         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4823         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4824                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4825
4826         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4827         if (reserve_flags)
4828                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4829
4830         /*
4831          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4832          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4833          * user oriented.
4834          */
4835         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4836                 ac->nodemask = NULL;
4837                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4838                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4839         }
4840
4841         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4842         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4843         if (page)
4844                 goto got_pg;
4845
4846         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4847         if (!can_direct_reclaim)
4848                 goto nopage;
4849
4850         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4851         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4852                 goto nopage;
4853
4854         /* Try direct reclaim and then allocating */
4855         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4856                                                         &did_some_progress);
4857         if (page)
4858                 goto got_pg;
4859
4860         /* Try direct compaction and then allocating */
4861         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4862                                         compact_priority, &compact_result);
4863         if (page)
4864                 goto got_pg;
4865
4866         /* Do not loop if specifically requested */
4867         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4868                 goto nopage;
4869
4870         /*
4871          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4872          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4873          */
4874         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4875                 goto nopage;
4876
4877         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4878                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4879                 goto retry;
4880
4881         /*
4882          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4883          * reclaim is not able to make any progress because the current
4884          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4885          * of free memory (see __compaction_suitable)
4886          */
4887         if (did_some_progress > 0 &&
4888                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4889                                 compact_result, &compact_priority,
4890                                 &compaction_retries))
4891                 goto retry;
4892
4893
4894         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4895         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4896                 goto retry_cpuset;
4897
4898         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4899         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4900         if (page)
4901                 goto got_pg;
4902
4903         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4904         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4905             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4906              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4907                 goto nopage;
4908
4909         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4910         if (did_some_progress) {
4911                 no_progress_loops = 0;
4912                 goto retry;
4913         }
4914
4915 nopage:
4916         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4917         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4918                 goto retry_cpuset;
4919
4920         /*
4921          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4922          * we always retry
4923          */
4924         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4925                 /*
4926                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4927                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4928                  */
4929                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4930                         goto fail;
4931
4932                 /*
4933                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4934                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4935                  * for somebody to do a work for us
4936                  */
4937                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4938
4939                 /*
4940                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4941                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4942                  * so that we can identify them and convert them to something
4943                  * else.
4944                  */
4945                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4946
4947                 /*
4948                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4949                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4950                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4951                  * the situation worse
4952                  */
4953                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4954                 if (page)
4955                         goto got_pg;
4956
4957                 cond_resched();
4958                 goto retry;
4959         }
4960 fail:
4961         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4962                         "page allocation failure: order:%u", order);
4963 got_pg:
4964         return page;
4965 }
4966
4967 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4968                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4969                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4970                 unsigned int *alloc_flags)
4971 {
4972         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4973         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4974         ac->nodemask = nodemask;
4975         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4976
4977         if (cpusets_enabled()) {
4978                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4979                 /*
4980                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4981                  * to the current task context. It means that any node ok.
4982                  */
4983                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4984                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4985                 else
4986                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4987         }
4988
4989         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4990         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4991
4992         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4993
4994         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4995                 return false;
4996
4997         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4998
4999         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5000         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5001
5002         /*
5003          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5004          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5005          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5006          */
5007         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5008                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5009
5010         return true;
5011 }
5012
5013 /*
5014  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5015  * @gfp: GFP flags for the allocation
5016  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5017  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5018  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5019  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5020  * @page_array: Optional array to store the pages
5021  *
5022  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5023  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5024  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5025  *
5026  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5027  *
5028  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5029  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5030  *
5031  * Returns the number of pages on the list or array.
5032  */
5033 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5034                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5035                         struct list_head *page_list,
5036                         struct page **page_array)
5037 {
5038         struct page *page;
5039         unsigned long flags;
5040         struct zone *zone;
5041         struct zoneref *z;
5042         struct per_cpu_pages *pcp;
5043         struct list_head *pcp_list;
5044         struct alloc_context ac;
5045         gfp_t alloc_gfp;
5046         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5047         int nr_populated = 0;
5048
5049         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5050                 return 0;
5051
5052         /*
5053          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5054          * to be allocated before disabling IRQs.
5055          */
5056         while (page_array && page_array[nr_populated] && nr_populated < nr_pages)
5057                 nr_populated++;
5058
5059         /* Use the single page allocator for one page. */
5060         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5061                 goto failed;
5062
5063         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5064         gfp &= gfp_allowed_mask;
5065         alloc_gfp = gfp;
5066         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5067                 return 0;
5068         gfp = alloc_gfp;
5069
5070         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5071         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5072                 unsigned long mark;
5073
5074                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5075                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5076                         continue;
5077                 }
5078
5079                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5080                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5081                         goto failed;
5082                 }
5083
5084                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5085                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5086                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5087                                 alloc_flags, gfp)) {
5088                         break;
5089                 }
5090         }
5091
5092         /*
5093          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5094          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5095          */
5096         if (unlikely(!zone))
5097                 goto failed;
5098
5099         /* Attempt the batch allocation */
5100         local_irq_save(flags);
5101         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
5102         pcp_list = &pcp->lists[ac.migratetype];
5103
5104         while (nr_populated < nr_pages) {
5105
5106                 /* Skip existing pages */
5107                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5108                         nr_populated++;
5109                         continue;
5110                 }
5111
5112                 page = __rmqueue_pcplist(zone, ac.migratetype, alloc_flags,
5113                                                                 pcp, pcp_list);
5114                 if (unlikely(!page)) {
5115                         /* Try and get at least one page */
5116                         if (!nr_populated)
5117                                 goto failed_irq;
5118                         break;
5119                 }
5120
5121                 /*
5122                  * Ideally this would be batched but the best way to do
5123                  * that cheaply is to first convert zone_statistics to
5124                  * be inaccurate per-cpu counter like vm_events to avoid
5125                  * a RMW cycle then do the accounting with IRQs enabled.
5126                  */
5127                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), 1);
5128                 zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone);
5129
5130                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5131                 if (page_list)
5132                         list_add(&page->lru, page_list);
5133                 else
5134                         page_array[nr_populated] = page;
5135                 nr_populated++;
5136         }
5137
5138         local_irq_restore(flags);
5139
5140         return nr_populated;
5141
5142 failed_irq:
5143         local_irq_restore(flags);
5144
5145 failed:
5146         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5147         if (page) {
5148                 if (page_list)
5149                         list_add(&page->lru, page_list);
5150                 else
5151                         page_array[nr_populated] = page;
5152                 nr_populated++;
5153         }
5154
5155         return nr_populated;
5156 }
5157 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5158
5159 /*
5160  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5161  */
5162 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5163                                                         nodemask_t *nodemask)
5164 {
5165         struct page *page;
5166         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5167         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5168         struct alloc_context ac = { };
5169
5170         /*
5171          * There are several places where we assume that the order value is sane
5172          * so bail out early if the request is out of bound.
5173          */
5174         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5175                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5176                 return NULL;
5177         }
5178
5179         gfp &= gfp_allowed_mask;
5180         /*
5181          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5182          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5183          * from a particular context which has been marked by
5184          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5185          * movable zones are not used during allocation.
5186          */
5187         gfp = current_gfp_context(gfp);
5188         alloc_gfp = gfp;
5189         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5190                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5191                 return NULL;
5192
5193         /*
5194          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5195          * memory until all local zones are considered.
5196          */
5197         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5198
5199         /* First allocation attempt */
5200         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5201         if (likely(page))
5202                 goto out;
5203
5204         alloc_gfp = gfp;
5205         ac.spread_dirty_pages = false;
5206
5207         /*
5208          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5209          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5210          */
5211         ac.nodemask = nodemask;
5212
5213         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5214
5215 out:
5216         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5217             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5218                 __free_pages(page, order);
5219                 page = NULL;
5220         }
5221
5222         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5223
5224         return page;
5225 }
5226 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5227
5228 /*
5229  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5230  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5231  * you need to access high mem.
5232  */
5233 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5234 {
5235         struct page *page;
5236
5237         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5238         if (!page)
5239                 return 0;
5240         return (unsigned long) page_address(page);
5241 }
5242 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5243
5244 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5245 {
5246         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5247 }
5248 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5249
5250 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
5251 {
5252         if (order == 0)         /* Via pcp? */
5253                 free_unref_page(page);
5254         else
5255                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
5256 }
5257
5258 /**
5259  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5260  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5261  * @order: The order of the allocation.
5262  *
5263  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5264  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5265  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5266  * than was allocated will probably emit a warning.
5267  *
5268  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5269  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5270  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5271  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5272  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5273  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5274  *
5275  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5276  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5277  */
5278 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5279 {
5280         if (put_page_testzero(page))
5281                 free_the_page(page, order);
5282         else if (!PageHead(page))
5283                 while (order-- > 0)
5284                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5285 }
5286 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5287
5288 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5289 {
5290         if (addr != 0) {
5291                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5292                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5293         }
5294 }
5295
5296 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5297
5298 /*
5299  * Page Fragment:
5300  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5301  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5302  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5303  *
5304  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5305  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5306  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5307  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5308  */
5309 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5310                                              gfp_t gfp_mask)
5311 {
5312         struct page *page = NULL;
5313         gfp_t gfp = gfp_mask;
5314
5315 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5316         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5317                     __GFP_NOMEMALLOC;
5318         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5319                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5320         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5321 #endif
5322         if (unlikely(!page))
5323                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5324
5325         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5326
5327         return page;
5328 }
5329
5330 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5331 {
5332         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5333
5334         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5335                 free_the_page(page, compound_order(page));
5336 }
5337 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5338
5339 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5340                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5341                       unsigned int align_mask)
5342 {
5343         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5344         struct page *page;
5345         int offset;
5346
5347         if (unlikely(!nc->va)) {
5348 refill:
5349                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5350                 if (!page)
5351                         return NULL;
5352
5353 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5354                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5355                 size = nc->size;
5356 #endif
5357                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5358                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5359                  */
5360                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5361
5362                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5363                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5364                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5365                 nc->offset = size;
5366         }
5367
5368         offset = nc->offset - fragsz;
5369         if (unlikely(offset < 0)) {
5370                 page = virt_to_page(nc->va);
5371
5372                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5373                         goto refill;
5374
5375                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5376                         free_the_page(page, compound_order(page));
5377                         goto refill;
5378                 }
5379
5380 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5381                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5382                 size = nc->size;
5383 #endif
5384                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5385                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5386
5387                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5388                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5389                 offset = size - fragsz;
5390         }
5391
5392         nc->pagecnt_bias--;
5393         offset &= align_mask;
5394         nc->offset = offset;
5395
5396         return nc->va + offset;
5397 }
5398 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5399
5400 /*
5401  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5402  */
5403 void page_frag_free(void *addr)
5404 {
5405         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5406
5407         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5408                 free_the_page(page, compound_order(page));
5409 }
5410 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5411
5412 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5413                 size_t size)
5414 {
5415         if (addr) {
5416                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5417                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5418
5419                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5420                 while (used < alloc_end) {
5421                         free_page(used);
5422                         used += PAGE_SIZE;
5423                 }
5424         }
5425         return (void *)addr;
5426 }
5427
5428 /**
5429  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5430  * @size: the number of bytes to allocate
5431  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5432  *
5433  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5434  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5435  * allocate memory in power-of-two pages.
5436  *
5437  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5438  *
5439  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5440  *
5441  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5442  */
5443 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5444 {
5445         unsigned int order = get_order(size);
5446         unsigned long addr;
5447
5448         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5449                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5450
5451         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5452         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5453 }
5454 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5455
5456 /**
5457  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5458  *                         pages on a node.
5459  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5460  * @size: the number of bytes to allocate
5461  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5462  *
5463  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5464  * back.
5465  *
5466  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5467  */
5468 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5469 {
5470         unsigned int order = get_order(size);
5471         struct page *p;
5472
5473         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5474                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5475
5476         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5477         if (!p)
5478                 return NULL;
5479         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5480 }
5481
5482 /**
5483  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5484  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5485  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5486  *
5487  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5488  */
5489 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5490 {
5491         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5492         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5493
5494         while (addr < end) {
5495                 free_page(addr);
5496                 addr += PAGE_SIZE;
5497         }
5498 }
5499 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5500
5501 /**
5502  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5503  * @offset: The zone index of the highest zone
5504  *
5505  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5506  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5507  * zone, the number of pages is calculated as:
5508  *
5509  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5510  *
5511  * Return: number of pages beyond high watermark.
5512  */
5513 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5514 {
5515         struct zoneref *z;
5516         struct zone *zone;
5517
5518         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5519         unsigned long sum = 0;
5520
5521         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5522
5523         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5524                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5525                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5526                 if (size > high)
5527                         sum += size - high;
5528         }
5529
5530         return sum;
5531 }
5532
5533 /**
5534  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5535  *
5536  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5537  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5538  *
5539  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5540  * ZONE_NORMAL.
5541  */
5542 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5543 {
5544         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5545 }
5546 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5547
5548 static inline void show_node(struct zone *zone)
5549 {
5550         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5551                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5552 }
5553
5554 long si_mem_available(void)
5555 {
5556         long available;
5557         unsigned long pagecache;
5558         unsigned long wmark_low = 0;
5559         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5560         unsigned long reclaimable;
5561         struct zone *zone;
5562         int lru;
5563
5564         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5565                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5566
5567         for_each_zone(zone)
5568                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5569
5570         /*
5571          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5572          * without causing swapping.
5573          */
5574         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5575
5576         /*
5577          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5578          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5579          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5580          */
5581         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5582         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5583         available += pagecache;
5584
5585         /*
5586          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5587          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5588          * low watermark.
5589          */
5590         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5591                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5592         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5593
5594         if (available < 0)
5595                 available = 0;
5596         return available;
5597 }
5598 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5599
5600 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5601 {
5602         val->totalram = totalram_pages();
5603         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5604         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5605         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5606         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5607         val->freehigh = nr_free_highpages();
5608         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5609 }
5610
5611 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5612
5613 #ifdef CONFIG_NUMA
5614 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5615 {
5616         int zone_type;          /* needs to be signed */
5617         unsigned long managed_pages = 0;
5618         unsigned long managed_highpages = 0;
5619         unsigned long free_highpages = 0;
5620         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5621
5622         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5623                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5624         val->totalram = managed_pages;
5625         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5626         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5627 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5628         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5629                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5630
5631                 if (is_highmem(zone)) {
5632                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5633                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5634                 }
5635         }
5636         val->totalhigh = managed_highpages;
5637         val->freehigh = free_highpages;
5638 #else
5639         val->totalhigh = managed_highpages;
5640         val->freehigh = free_highpages;
5641 #endif
5642         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5643 }
5644 #endif
5645
5646 /*
5647  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5648  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5649  */
5650 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5651 {
5652         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5653                 return false;
5654
5655         /*
5656          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5657          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5658          * have to be precise here.
5659          */
5660         if (!nodemask)
5661                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5662
5663         return !node_isset(nid, *nodemask);
5664 }
5665
5666 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5667
5668 static void show_migration_types(unsigned char type)
5669 {
5670         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5671                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5672                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5673                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5674                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5675 #ifdef CONFIG_CMA
5676                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5677 #endif
5678 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5679                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5680 #endif
5681         };
5682         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5683         char *p = tmp;
5684         int i;
5685
5686         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5687                 if (type & (1 << i))
5688                         *p++ = types[i];
5689         }
5690
5691         *p = '\0';
5692         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5693 }
5694
5695 /*
5696  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5697  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5698  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5699  *
5700  * Bits in @filter:
5701  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5702  *   cpuset.
5703  */
5704 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5705 {
5706         unsigned long free_pcp = 0;
5707         int cpu;
5708         struct zone *zone;
5709         pg_data_t *pgdat;
5710
5711         for_each_populated_zone(zone) {
5712                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5713                         continue;
5714
5715                 for_each_online_cpu(cpu)
5716                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5717         }
5718
5719         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5720                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5721                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5722                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5723                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5724                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5725                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5726                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5727                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5728                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5729                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5730                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5731                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5732                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5733                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5734                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5735                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5736                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5737                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5738                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5739                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5740                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5741                 free_pcp,
5742                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5743
5744         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5745                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5746                         continue;
5747
5748                 printk("Node %d"
5749                         " active_anon:%lukB"
5750                         " inactive_anon:%lukB"
5751                         " active_file:%lukB"
5752                         " inactive_file:%lukB"
5753                         " unevictable:%lukB"
5754                         " isolated(anon):%lukB"
5755                         " isolated(file):%lukB"
5756                         " mapped:%lukB"
5757                         " dirty:%lukB"
5758                         " writeback:%lukB"
5759                         " shmem:%lukB"
5760 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5761                         " shmem_thp: %lukB"
5762                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5763                         " anon_thp: %lukB"
5764 #endif
5765                         " writeback_tmp:%lukB"
5766                         " kernel_stack:%lukB"
5767 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5768                         " shadow_call_stack:%lukB"
5769 #endif
5770                         " pagetables:%lukB"
5771                         " all_unreclaimable? %s"
5772                         "\n",
5773                         pgdat->node_id,
5774                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5775                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5776                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5777                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5778                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5779                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5780                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5781                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5782                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5783                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5784                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5785 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5786                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5787                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5788                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5789 #endif
5790                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5791                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5792 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5793                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5794 #endif
5795                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5796                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5797                                 "yes" : "no");
5798         }
5799
5800         for_each_populated_zone(zone) {
5801                 int i;
5802
5803                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5804                         continue;
5805
5806                 free_pcp = 0;
5807                 for_each_online_cpu(cpu)
5808                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5809
5810                 show_node(zone);
5811                 printk(KERN_CONT
5812                         "%s"
5813                         " free:%lukB"
5814                         " min:%lukB"
5815                         " low:%lukB"
5816                         " high:%lukB"
5817                         " reserved_highatomic:%luKB"
5818                         " active_anon:%lukB"
5819                         " inactive_anon:%lukB"
5820                         " active_file:%lukB"
5821                         " inactive_file:%lukB"
5822                         " unevictable:%lukB"
5823                         " writepending:%lukB"
5824                         " present:%lukB"
5825                         " managed:%lukB"
5826                         " mlocked:%lukB"
5827                         " bounce:%lukB"
5828                         " free_pcp:%lukB"
5829                         " local_pcp:%ukB"
5830                         " free_cma:%lukB"
5831                         "\n",
5832                         zone->name,
5833                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5834                         K(min_wmark_pages(zone)),
5835                         K(low_wmark_pages(zone)),
5836                         K(high_wmark_pages(zone)),
5837                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5838                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5839                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5840                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5841                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5842                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5843                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5844                         K(zone->present_pages),
5845                         K(zone_managed_pages(zone)),
5846                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5847                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5848                         K(free_pcp),
5849                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5850                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5851                 printk("lowmem_reserve[]:");
5852                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5853                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5854                 printk(KERN_CONT "\n");
5855         }
5856
5857         for_each_populated_zone(zone) {
5858                 unsigned int order;
5859                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5860                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5861
5862                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5863                         continue;
5864                 show_node(zone);
5865                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5866
5867                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5868                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5869                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5870                         int type;
5871
5872                         nr[order] = area->nr_free;
5873                         total += nr[order] << order;
5874
5875                         types[order] = 0;
5876                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5877                                 if (!free_area_empty(area, type))
5878                                         types[order] |= 1 << type;
5879                         }
5880                 }
5881                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5882                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5883                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5884                                nr[order], K(1UL) << order);
5885                         if (nr[order])
5886                                 show_migration_types(types[order]);
5887                 }
5888                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5889         }
5890
5891         hugetlb_show_meminfo();
5892
5893         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5894
5895         show_swap_cache_info();
5896 }
5897
5898 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5899 {
5900         zoneref->zone = zone;
5901         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5902 }
5903
5904 /*
5905  * Builds allocation fallback zone lists.
5906  *
5907  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5908  */
5909 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5910 {
5911         struct zone *zone;
5912         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5913         int nr_zones = 0;
5914
5915         do {
5916                 zone_type--;
5917                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5918                 if (managed_zone(zone)) {
5919                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5920                         check_highest_zone(zone_type);
5921                 }
5922         } while (zone_type);
5923
5924         return nr_zones;
5925 }
5926
5927 #ifdef CONFIG_NUMA
5928
5929 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5930 {
5931         /*
5932          * We used to support different zonelists modes but they turned
5933          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5934          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5935          * not fail it silently
5936          */
5937         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5938                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5939                 return -EINVAL;
5940         }
5941         return 0;
5942 }
5943
5944 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5945
5946 /*
5947  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5948  */
5949 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5950                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5951 {
5952         if (write)
5953                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5954         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5955 }
5956
5957
5958 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5959 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5960
5961 /**
5962  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5963  * @node: node whose fallback list we're appending
5964  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5965  *
5966  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5967  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5968  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5969  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5970  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5971  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5972  * on them otherwise.
5973  *
5974  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5975  */
5976 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5977 {
5978         int n, val;
5979         int min_val = INT_MAX;
5980         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5981
5982         /* Use the local node if we haven't already */
5983         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5984                 node_set(node, *used_node_mask);
5985                 return node;
5986         }
5987
5988         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5989
5990                 /* Don't want a node to appear more than once */
5991                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5992                         continue;
5993
5994                 /* Use the distance array to find the distance */
5995                 val = node_distance(node, n);
5996
5997                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5998                 val += (n < node);
5999
6000                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6001                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6002                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6003
6004                 /* Slight preference for less loaded node */
6005                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6006                 val += node_load[n];
6007
6008                 if (val < min_val) {
6009                         min_val = val;
6010                         best_node = n;
6011                 }
6012         }
6013
6014         if (best_node >= 0)
6015                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6016
6017         return best_node;
6018 }
6019
6020
6021 /*
6022  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6023  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6024  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6025  */
6026 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6027                 unsigned nr_nodes)
6028 {
6029         struct zoneref *zonerefs;
6030         int i;
6031
6032         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6033
6034         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6035                 int nr_zones;
6036
6037                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6038
6039                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6040                 zonerefs += nr_zones;
6041         }
6042         zonerefs->zone = NULL;
6043         zonerefs->zone_idx = 0;
6044 }
6045
6046 /*
6047  * Build gfp_thisnode zonelists
6048  */
6049 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6050 {
6051         struct zoneref *zonerefs;
6052         int nr_zones;
6053
6054         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6055         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6056         zonerefs += nr_zones;
6057         zonerefs->zone = NULL;
6058         zonerefs->zone_idx = 0;
6059 }
6060
6061 /*
6062  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6063  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6064  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6065  * may still exist in local DMA zone.
6066  */
6067
6068 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6069 {
6070         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6071         int node, load, nr_nodes = 0;
6072         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6073         int local_node, prev_node;
6074
6075         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6076         local_node = pgdat->node_id;
6077         load = nr_online_nodes;
6078         prev_node = local_node;
6079
6080         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6081         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6082                 /*
6083                  * We don't want to pressure a particular node.
6084                  * So adding penalty to the first node in same
6085                  * distance group to make it round-robin.
6086                  */
6087                 if (node_distance(local_node, node) !=
6088                     node_distance(local_node, prev_node))
6089                         node_load[node] = load;
6090
6091                 node_order[nr_nodes++] = node;
6092                 prev_node = node;
6093                 load--;
6094         }
6095
6096         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6097         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6098 }
6099
6100 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6101 /*
6102  * Return node id of node used for "local" allocations.
6103  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6104  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6105  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6106  */
6107 int local_memory_node(int node)
6108 {
6109         struct zoneref *z;
6110
6111         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6112                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6113                                    NULL);
6114         return zone_to_nid(z->zone);
6115 }
6116 #endif
6117
6118 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6119 static void setup_min_slab_ratio(void);
6120 #else   /* CONFIG_NUMA */
6121
6122 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6123 {
6124         int node, local_node;
6125         struct zoneref *zonerefs;
6126         int nr_zones;
6127
6128         local_node = pgdat->node_id;
6129
6130         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6131         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6132         zonerefs += nr_zones;
6133
6134         /*
6135          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6136          * of all the other nodes.
6137          * We don't want to pressure a particular node, so when
6138          * building the zones for node N, we make sure that the
6139          * zones coming right after the local ones are those from
6140          * node N+1 (modulo N)
6141          */
6142         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6143                 if (!node_online(node))
6144                         continue;
6145                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6146                 zonerefs += nr_zones;
6147         }
6148         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6149                 if (!node_online(node))
6150                         continue;
6151                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6152                 zonerefs += nr_zones;
6153         }
6154
6155         zonerefs->zone = NULL;
6156         zonerefs->zone_idx = 0;
6157 }
6158
6159 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6160
6161 /*
6162  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6163  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6164  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6165  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6166  * with interrupts disabled.
6167  *
6168  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6169  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6170  * hotplugged processors.
6171  *
6172  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6173  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6174  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6175  */
6176 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p);
6177 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6178 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6179 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6180 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
6181 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6182
6183 static void __build_all_zonelists(void *data)
6184 {
6185         int nid;
6186         int __maybe_unused cpu;
6187         pg_data_t *self = data;
6188         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6189
6190         spin_lock(&lock);
6191
6192 #ifdef CONFIG_NUMA
6193         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6194 #endif
6195
6196         /*
6197          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6198          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6199          */
6200         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6201                 build_zonelists(self);
6202         } else {
6203                 for_each_online_node(nid) {
6204                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6205
6206                         build_zonelists(pgdat);
6207                 }
6208
6209 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6210                 /*
6211                  * We now know the "local memory node" for each node--
6212                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6213                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6214                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6215                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6216                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6217                  */
6218                 for_each_online_cpu(cpu)
6219                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6220 #endif
6221         }
6222
6223         spin_unlock(&lock);
6224 }
6225
6226 static noinline void __init
6227 build_all_zonelists_init(void)
6228 {
6229         int cpu;
6230
6231         __build_all_zonelists(NULL);
6232
6233         /*
6234          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6235          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6236          * each zone will be allocated later when the per cpu
6237          * allocator is available.
6238          *
6239          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6240          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6241          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6242          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6243          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6244          * (a chicken-egg dilemma).
6245          */
6246         for_each_possible_cpu(cpu)
6247                 pageset_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu));
6248
6249         mminit_verify_zonelist();
6250         cpuset_init_current_mems_allowed();
6251 }
6252
6253 /*
6254  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6255  *
6256  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6257  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6258  */
6259 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6260 {
6261         unsigned long vm_total_pages;
6262
6263         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6264                 build_all_zonelists_init();
6265         } else {
6266                 __build_all_zonelists(pgdat);
6267                 /* cpuset refresh routine should be here */
6268         }
6269         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6270         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6271         /*
6272          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6273          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6274          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6275          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6276          * disabled and enable it later
6277          */
6278         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6279                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6280         else
6281                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6282
6283         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6284                 nr_online_nodes,
6285                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6286                 vm_total_pages);
6287 #ifdef CONFIG_NUMA
6288         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6289 #endif
6290 }
6291
6292 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6293 static bool __meminit
6294 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6295 {
6296         static struct memblock_region *r;
6297
6298         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6299                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6300                         for_each_mem_region(r) {
6301                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6302                                         break;
6303                         }
6304                 }
6305                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6306                     memblock_is_mirror(r)) {
6307                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6308                         return true;
6309                 }
6310         }
6311         return false;
6312 }
6313
6314 /*
6315  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6316  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6317  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6318  *
6319  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6320  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6321  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6322  */
6323 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6324                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6325                 enum meminit_context context,
6326                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6327 {
6328         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6329         struct page *page;
6330
6331         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6332                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6333
6334 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6335         /*
6336          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6337          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6338          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6339          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6340          * the hotplug lock.
6341          */
6342         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6343                 if (!altmap)
6344                         return;
6345
6346                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6347                         start_pfn += altmap->reserve;
6348                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6349         }
6350 #endif
6351
6352         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6353                 /*
6354                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6355                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6356                  */
6357                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6358                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6359                                 continue;
6360                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6361                                 break;
6362                 }
6363
6364                 page = pfn_to_page(pfn);
6365                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6366                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6367                         __SetPageReserved(page);
6368
6369                 /*
6370                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6371                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6372                  * over the place during system boot.
6373                  */
6374                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6375                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6376                         cond_resched();
6377                 }
6378                 pfn++;
6379         }
6380 }
6381
6382 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6383 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6384                                    unsigned long start_pfn,
6385                                    unsigned long nr_pages,
6386                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6387 {
6388         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6389         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6390         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6391         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6392         unsigned long start = jiffies;
6393         int nid = pgdat->node_id;
6394
6395         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6396                 return;
6397
6398         /*
6399          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6400          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6401          * the end of that region and start processing the device pages.
6402          */
6403         if (altmap) {
6404                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6405                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6406         }
6407
6408         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6409                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6410
6411                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6412
6413                 /*
6414                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6415                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6416                  *
6417                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6418                  * the flag as we are still initializing the pages.
6419                  */
6420                 __SetPageReserved(page);
6421
6422                 /*
6423                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6424                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6425                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6426                  */
6427                 page->pgmap = pgmap;
6428                 page->zone_device_data = NULL;
6429
6430                 /*
6431                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6432                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6433                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6434                  * the address space during boot when many long-lived
6435                  * kernel allocations are made.
6436                  *
6437                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6438                  * because this is done early in section_activate()
6439                  */
6440                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6441                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6442                         cond_resched();
6443                 }
6444         }
6445
6446         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6447                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6448 }
6449
6450 #endif
6451 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6452 {
6453         unsigned int order, t;
6454         for_each_migratetype_order(order, t) {
6455                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6456                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6457         }
6458 }
6459
6460 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6461 /*
6462  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6463  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6464  * memmap_init_zone().
6465  *
6466  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6467  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6468  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6469  *   arbitrary section size
6470  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6471  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6472  *   nicely with memmap sections
6473  *
6474  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6475  * - PG_Reserved is set
6476  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6477  *   hole is in the middle of a zone
6478  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6479  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6480  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6481  *   section that will be appended to the zone/node below.
6482  */
6483 static u64 __meminit init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6484                                             unsigned long epfn,
6485                                             int zone, int node)
6486 {
6487         unsigned long pfn;
6488         u64 pgcnt = 0;
6489
6490         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6491                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6492                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6493                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6494                         continue;
6495                 }
6496                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6497                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6498                 pgcnt++;
6499         }
6500
6501         return pgcnt;
6502 }
6503 #else
6504 static inline u64 init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn,
6505                                          int zone, int node)
6506 {
6507         return 0;
6508 }
6509 #endif
6510
6511 void __meminit __weak memmap_init_zone(struct zone *zone)
6512 {
6513         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6514         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6515         int i, nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6516         static unsigned long hole_pfn;
6517         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6518         u64 pgcnt = 0;
6519
6520         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6521                 start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6522                 end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6523
6524                 if (end_pfn > start_pfn)
6525                         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid,
6526                                         zone_id, start_pfn, zone_end_pfn,
6527                                         MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6528
6529                 if (hole_pfn < start_pfn)
6530                         pgcnt += init_unavailable_range(hole_pfn, start_pfn,
6531                                                         zone_id, nid);
6532                 hole_pfn = end_pfn;
6533         }
6534
6535 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6536         /*
6537          * Initialize the hole in the range [zone_end_pfn, section_end].
6538          * If zone boundary falls in the middle of a section, this hole
6539          * will be re-initialized during the call to this function for the
6540          * higher zone.
6541          */
6542         end_pfn = round_up(zone_end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6543         if (hole_pfn < end_pfn)
6544                 pgcnt += init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn,
6545                                                 zone_id, nid);
6546 #endif
6547
6548         if (pgcnt)
6549                 pr_info("  %s zone: %llu pages in unavailable ranges\n",
6550                         zone->name, pgcnt);
6551 }
6552
6553 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6554 {
6555 #ifdef CONFIG_MMU
6556         int batch;
6557
6558         /*
6559          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6560          * size of the zone.
6561          */
6562         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6563         /* But no more than a meg. */
6564         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6565                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6566         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6567         if (batch < 1)
6568                 batch = 1;
6569
6570         /*
6571          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6572          * of 2 value was found to be more likely to have
6573          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6574          *
6575          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6576          * batches of pages, one task can end up with a lot
6577          * of pages of one half of the possible page colors
6578          * and the other with pages of the other colors.
6579          */
6580         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6581
6582         return batch;
6583
6584 #else
6585         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6586          * conditions.
6587          *
6588          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6589          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6590          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6591          *
6592          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6593          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6594          * can be a significant delay between the individual batches being
6595          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6596          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6597          */
6598         return 0;
6599 #endif
6600 }
6601
6602 /*
6603  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6604  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6605  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6606  *
6607  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6608  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6609  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6610  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6611  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6612  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6613  *
6614  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6615  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6616  * exist).
6617  */
6618 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6619                 unsigned long batch)
6620 {
6621         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6622         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6623 }
6624
6625 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6626 {
6627         struct per_cpu_pages *pcp;
6628         int migratetype;
6629
6630         memset(p, 0, sizeof(*p));
6631
6632         pcp = &p->pcp;
6633         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6634                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6635
6636         /*
6637          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6638          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6639          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6640          * pageset yet.
6641          */
6642         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6643         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6644 }
6645
6646 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6647                 unsigned long batch)
6648 {
6649         struct per_cpu_pageset *p;
6650         int cpu;
6651
6652         for_each_possible_cpu(cpu) {
6653                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6654                 pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6655         }
6656 }
6657
6658 /*
6659  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6660  * zone, based on the zone's size and the percpu_pagelist_fraction sysctl.
6661  */
6662 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone)
6663 {
6664         unsigned long new_high, new_batch;
6665
6666         if (percpu_pagelist_fraction) {
6667                 new_high = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_fraction;
6668                 new_batch = max(1UL, new_high / 4);
6669                 if ((new_high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6670                         new_batch = PAGE_SHIFT * 8;
6671         } else {
6672                 new_batch = zone_batchsize(zone);
6673                 new_high = 6 * new_batch;
6674                 new_batch = max(1UL, 1 * new_batch);
6675         }
6676
6677         if (zone->pageset_high == new_high &&
6678             zone->pageset_batch == new_batch)
6679                 return;
6680
6681         zone->pageset_high = new_high;
6682         zone->pageset_batch = new_batch;
6683
6684         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6685 }
6686
6687 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6688 {
6689         struct per_cpu_pageset *p;
6690         int cpu;
6691
6692         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6693         for_each_possible_cpu(cpu) {
6694                 p = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6695                 pageset_init(p);
6696         }
6697
6698         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
6699 }
6700
6701 /*
6702  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6703  * Before this call only boot pagesets were available.
6704  */
6705 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6706 {
6707         struct pglist_data *pgdat;
6708         struct zone *zone;
6709         int __maybe_unused cpu;
6710
6711         for_each_populated_zone(zone)
6712                 setup_zone_pageset(zone);
6713
6714 #ifdef CONFIG_NUMA
6715         /*
6716          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6717          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6718          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6719          * the nodes these zones are associated with.
6720          */
6721         for_each_possible_cpu(cpu) {
6722                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6723                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6724                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6725         }
6726 #endif
6727
6728         for_each_online_pgdat(pgdat)
6729                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6730                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6731 }
6732
6733 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6734 {
6735         /*
6736          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6737          * relies on the ability of the linker to provide the
6738          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6739          */
6740         zone->pageset = &boot_pageset;
6741         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6742         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6743
6744         if (populated_zone(zone))
6745                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6746                         zone->name, zone->present_pages,
6747                                          zone_batchsize(zone));
6748 }
6749
6750 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6751                                         unsigned long zone_start_pfn,
6752                                         unsigned long size)
6753 {
6754         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6755         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6756
6757         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6758                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6759
6760         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6761
6762         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6763                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6764                         pgdat->node_id,
6765                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6766                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6767
6768         zone_init_free_lists(zone);
6769         zone->initialized = 1;
6770 }
6771
6772 /**
6773  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6774  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6775  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6776  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6777  *
6778  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6779  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6780  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6781  * PFNs will be 0.
6782  */
6783 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6784                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6785 {
6786         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6787         int i;
6788
6789         *start_pfn = -1UL;
6790         *end_pfn = 0;
6791
6792         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6793                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6794                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6795         }
6796
6797         if (*start_pfn == -1UL)
6798                 *start_pfn = 0;
6799 }
6800
6801 /*
6802  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6803  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6804  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6805  */
6806 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6807 {
6808         int zone_index;
6809         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6810                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6811                         continue;
6812
6813                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6814                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6815                         break;
6816         }
6817
6818         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6819         movable_zone = zone_index;
6820 }
6821
6822 /*
6823  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6824  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6825  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6826  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6827  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6828  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6829  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6830  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6831  */
6832 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6833                                         unsigned long zone_type,
6834                                         unsigned long node_start_pfn,
6835                                         unsigned long node_end_pfn,
6836                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6837                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6838 {
6839         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6840         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6841                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6842                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6843                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6844                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6845                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6846
6847                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6848                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6849                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6850                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6851                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6852
6853                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6854                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6855                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6856         }
6857 }
6858
6859 /*
6860  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6861  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6862  */
6863 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6864                                         unsigned long zone_type,
6865                                         unsigned long node_start_pfn,
6866                                         unsigned long node_end_pfn,
6867                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6868                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6869 {
6870         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6871         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6872         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6873         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6874                 return 0;
6875
6876         /* Get the start and end of the zone */
6877         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6878         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6879         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6880                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6881                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6882
6883         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6884         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6885                 return 0;
6886
6887         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6888         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6889         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6890
6891         /* Return the spanned pages */
6892         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6893 }
6894
6895 /*
6896  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6897  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6898  */
6899 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6900                                 unsigned long range_start_pfn,
6901                                 unsigned long range_end_pfn)
6902 {
6903         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6904         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6905         int i;
6906
6907         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6908                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6909                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6910                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6911         }
6912         return nr_absent;
6913 }
6914
6915 /**
6916  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6917  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6918  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6919  *
6920  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6921  */
6922 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6923                                                         unsigned long end_pfn)
6924 {
6925         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6926 }
6927
6928 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6929 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6930                                         unsigned long zone_type,
6931                                         unsigned long node_start_pfn,
6932                                         unsigned long node_end_pfn)
6933 {
6934         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6935         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6936         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6937         unsigned long nr_absent;
6938
6939         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6940         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6941                 return 0;
6942
6943         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6944         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6945
6946         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6947                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6948                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6949         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6950
6951         /*
6952          * ZONE_MOVABLE handling.
6953          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6954          * and vice versa.
6955          */
6956         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6957                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6958                 struct memblock_region *r;
6959
6960                 for_each_mem_region(r) {
6961                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6962                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6963                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6964                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6965
6966                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6967                             memblock_is_mirror(r))
6968                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6969
6970                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6971                             !memblock_is_mirror(r))
6972                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6973                 }
6974         }
6975
6976         return nr_absent;
6977 }
6978
6979 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6980                                                 unsigned long node_start_pfn,
6981                                                 unsigned long node_end_pfn)
6982 {
6983         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6984         enum zone_type i;
6985
6986         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6987                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6988                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6989                 unsigned long spanned, absent;
6990                 unsigned long size, real_size;
6991
6992                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6993                                                      node_start_pfn,
6994                                                      node_end_pfn,
6995                                                      &zone_start_pfn,
6996                                                      &zone_end_pfn);
6997                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6998                                                    node_start_pfn,
6999                                                    node_end_pfn);
7000
7001                 size = spanned;
7002                 real_size = size - absent;
7003
7004                 if (size)
7005                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7006                 else
7007                         zone->zone_start_pfn = 0;
7008                 zone->spanned_pages = size;
7009                 zone->present_pages = real_size;
7010
7011                 totalpages += size;
7012                 realtotalpages += real_size;
7013         }
7014
7015         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7016         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7017         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
7018                                                         realtotalpages);
7019 }
7020
7021 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7022 /*
7023  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7024  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7025  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7026  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7027  * bytes.
7028  */
7029 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7030 {
7031         unsigned long usemapsize;
7032
7033         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7034         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7035         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7036         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7037         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7038
7039         return usemapsize / 8;
7040 }
7041
7042 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7043 {
7044         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7045                                                zone->spanned_pages);
7046         zone->pageblock_flags = NULL;
7047         if (usemapsize) {
7048                 zone->pageblock_flags =
7049                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7050                                             zone_to_nid(zone));
7051                 if (!zone->pageblock_flags)
7052                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7053                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7054         }
7055 }
7056 #else
7057 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7058 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7059
7060 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7061
7062 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7063 void __init set_pageblock_order(void)
7064 {
7065         unsigned int order;
7066
7067         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7068         if (pageblock_order)
7069                 return;
7070
7071         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7072                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7073         else
7074                 order = MAX_ORDER - 1;
7075
7076         /*
7077          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7078          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7079          * powerpc.
7080          */
7081         pageblock_order = order;
7082 }
7083 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7084
7085 /*
7086  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7087  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7088  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7089  * the kernel config
7090  */
7091 void __init set_pageblock_order(void)
7092 {
7093 }
7094
7095 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7096
7097 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7098                                                 unsigned long present_pages)
7099 {
7100         unsigned long pages = spanned_pages;
7101
7102         /*
7103          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7104          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7105          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7106          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7107          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7108          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7109          */
7110         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7111             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7112                 pages = present_pages;
7113
7114         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7115 }
7116
7117 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7118 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7119 {
7120         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7121
7122         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7123         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7124         ds_queue->split_queue_len = 0;
7125 }
7126 #else
7127 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7128 #endif
7129
7130 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7131 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7132 {
7133         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7134 }
7135 #else
7136 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7137 #endif
7138
7139 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7140 {
7141         pgdat_resize_init(pgdat);
7142
7143         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7144         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7145
7146         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7147         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7148
7149         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7150         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7151 }
7152
7153 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7154                                                         unsigned long remaining_pages)
7155 {
7156         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7157         zone_set_nid(zone, nid);
7158         zone->name = zone_names[idx];
7159         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7160         spin_lock_init(&zone->lock);
7161         zone_seqlock_init(zone);
7162         zone_pcp_init(zone);
7163 }
7164
7165 /*
7166  * Set up the zone data structures
7167  * - init pgdat internals
7168  * - init all zones belonging to this node
7169  *
7170  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7171  */
7172 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7173 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7174 {
7175         enum zone_type z;
7176         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7177
7178         pgdat_init_internals(pgdat);
7179         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7180                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7181 }
7182 #endif
7183
7184 /*
7185  * Set up the zone data structures:
7186  *   - mark all pages reserved
7187  *   - mark all memory queues empty
7188  *   - clear the memory bitmaps
7189  *
7190  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7191  * NOTE: this function is only called during early init.
7192  */
7193 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7194 {
7195         enum zone_type j;
7196         int nid = pgdat->node_id;
7197
7198         pgdat_init_internals(pgdat);
7199         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7200
7201         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7202                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7203                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7204
7205                 size = zone->spanned_pages;
7206                 freesize = zone->present_pages;
7207
7208                 /*
7209                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7210                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7211                  * and per-cpu initialisations
7212                  */
7213                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7214                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7215                         if (freesize >= memmap_pages) {
7216                                 freesize -= memmap_pages;
7217                                 if (memmap_pages)
7218                                         printk(KERN_DEBUG
7219                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7220                                                zone_names[j], memmap_pages);
7221                         } else
7222                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
7223                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7224                 }
7225
7226                 /* Account for reserved pages */
7227                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7228                         freesize -= dma_reserve;
7229                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
7230                                         zone_names[0], dma_reserve);
7231                 }
7232
7233                 if (!is_highmem_idx(j))
7234                         nr_kernel_pages += freesize;
7235                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7236                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7237                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7238                 nr_all_pages += freesize;
7239
7240                 /*
7241                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7242                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7243                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7244                  */
7245                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7246
7247                 if (!size)
7248                         continue;
7249
7250                 set_pageblock_order();
7251                 setup_usemap(zone);
7252                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7253                 memmap_init_zone(zone);
7254         }
7255 }
7256
7257 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
7258 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7259 {
7260         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7261         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7262
7263         /* Skip empty nodes */
7264         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7265                 return;
7266
7267         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7268         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7269         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7270         if (!pgdat->node_mem_map) {
7271                 unsigned long size, end;
7272                 struct page *map;
7273
7274                 /*
7275                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7276                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7277                  * for the buddy allocator to function correctly.
7278                  */
7279                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7280                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7281                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7282                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7283                                           pgdat->node_id);
7284                 if (!map)
7285                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7286                               size, pgdat->node_id);
7287                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7288         }
7289         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7290                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7291                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7292 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
7293         /*
7294          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7295          */
7296         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7297                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7298                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7299                         mem_map -= offset;
7300         }
7301 #endif
7302 }
7303 #else
7304 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7305 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7306
7307 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7308 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7309 {
7310         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7311 }
7312 #else
7313 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7314 #endif
7315
7316 static void __init free_area_init_node(int nid)
7317 {
7318         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7319         unsigned long start_pfn = 0;
7320         unsigned long end_pfn = 0;
7321
7322         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7323         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7324
7325         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7326
7327         pgdat->node_id = nid;
7328         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7329         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7330
7331         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7332                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7333                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7334         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7335
7336         alloc_node_mem_map(pgdat);
7337         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7338
7339         free_area_init_core(pgdat);
7340 }
7341
7342 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7343 {
7344         free_area_init_node(nid);
7345 }
7346
7347 #if MAX_NUMNODES > 1
7348 /*
7349  * Figure out the number of possible node ids.
7350  */
7351 void __init setup_nr_node_ids(void)
7352 {
7353         unsigned int highest;
7354
7355         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7356         nr_node_ids = highest + 1;
7357 }
7358 #endif
7359
7360 /**
7361  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7362  *
7363  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7364  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7365  * all the nodes.
7366  *
7367  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7368  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7369  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7370  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7371  *
7372  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7373  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7374  * populated node map.
7375  *
7376  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7377  * requirement (single node).
7378  */
7379 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7380 {
7381         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7382         unsigned long start, end, mask;
7383         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7384         int i, nid;
7385
7386         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7387                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7388                         last_nid = nid;
7389                         last_end = end;
7390                         continue;
7391                 }
7392
7393                 /*
7394                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7395                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7396                  * too coarse to separate the current node from the last.
7397                  */
7398                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7399                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7400                         mask <<= 1;
7401
7402                 /* accumulate all internode masks */
7403                 accl_mask |= mask;
7404         }
7405
7406         /* convert mask to number of pages */
7407         return ~accl_mask + 1;
7408 }
7409
7410 /**
7411  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7412  *
7413  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7414  * memblock_set_node().
7415  */
7416 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7417 {
7418         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7419 }
7420
7421 /*
7422  * early_calculate_totalpages()
7423  * Sum pages in active regions for movable zone.
7424  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7425  */
7426 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7427 {
7428         unsigned long totalpages = 0;
7429         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7430         int i, nid;
7431
7432         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7433                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7434
7435                 totalpages += pages;
7436                 if (pages)
7437                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7438         }
7439         return totalpages;
7440 }
7441
7442 /*
7443  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7444  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7445  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7446  * others
7447  */
7448 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7449 {
7450         int i, nid;
7451         unsigned long usable_startpfn;
7452         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7453         /* save the state before borrow the nodemask */
7454         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7455         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7456         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7457         struct memblock_region *r;
7458
7459         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7460         find_usable_zone_for_movable();
7461
7462         /*
7463          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7464          * options.
7465          */
7466         if (movable_node_is_enabled()) {
7467                 for_each_mem_region(r) {
7468                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7469                                 continue;
7470
7471                         nid = memblock_get_region_node(r);
7472
7473                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7474                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7475                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7476                                 usable_startpfn;
7477                 }
7478
7479                 goto out2;
7480         }
7481
7482         /*
7483          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7484          */
7485         if (mirrored_kernelcore) {
7486                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7487
7488                 for_each_mem_region(r) {
7489                         if (memblock_is_mirror(r))
7490                                 continue;
7491
7492                         nid = memblock_get_region_node(r);
7493
7494                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7495
7496                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7497                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7498                                 continue;
7499                         }
7500
7501                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7502                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7503                                 usable_startpfn;
7504                 }
7505
7506                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7507                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7508
7509                 goto out2;
7510         }
7511
7512         /*
7513          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7514          * amount of necessary memory.
7515          */
7516         if (required_kernelcore_percent)
7517                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7518                                        10000UL;
7519         if (required_movablecore_percent)
7520                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7521                                         10000UL;
7522
7523         /*
7524          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7525          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7526          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7527          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7528          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7529          * what movablecore would have allowed.
7530          */
7531         if (required_movablecore) {
7532                 unsigned long corepages;
7533
7534                 /*
7535                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7536                  * was requested by the user
7537                  */
7538                 required_movablecore =
7539                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7540                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7541                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7542
7543                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7544         }
7545
7546         /*
7547          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7548          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7549          */
7550         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7551                 goto out;
7552
7553         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7554         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7555
7556 restart:
7557         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7558         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7559         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7560                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7561
7562                 /*
7563                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7564                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7565                  * amount of memory for the kernel
7566                  */
7567                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7568                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7569
7570                 /*
7571                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7572                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7573                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7574                  */
7575                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7576
7577                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7578                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7579                         unsigned long size_pages;
7580
7581                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7582                         if (start_pfn >= end_pfn)
7583                                 continue;
7584
7585                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7586                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7587                                 unsigned long kernel_pages;
7588                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7589                                                                 - start_pfn;
7590
7591                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7592                                                         kernelcore_remaining);
7593                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7594                                                         required_kernelcore);
7595
7596                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7597                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7598
7599                                         /*
7600                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7601                                          * that if we have to rebalance
7602                                          * kernelcore across nodes, we will
7603                                          * not double account here
7604                                          */
7605                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7606                                         continue;
7607                                 }
7608                                 start_pfn = usable_startpfn;
7609                         }
7610
7611                         /*
7612                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7613                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7614                          * number of pages used as kernelcore
7615                          */
7616                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7617                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7618                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7619                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7620
7621                         /*
7622                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7623                          * break if the kernelcore for this node has been
7624                          * satisfied
7625                          */
7626                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7627                                                                 size_pages);
7628                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7629                         if (!kernelcore_remaining)
7630                                 break;
7631                 }
7632         }
7633
7634         /*
7635          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7636          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7637          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7638          * satisfied
7639          */
7640         usable_nodes--;
7641         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7642                 goto restart;
7643
7644 out2:
7645         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7646         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7647                 zone_movable_pfn[nid] =
7648                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7649
7650 out:
7651         /* restore the node_state */
7652         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7653 }
7654
7655 /* Any regular or high memory on that node ? */
7656 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7657 {
7658         enum zone_type zone_type;
7659
7660         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7661                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7662                 if (populated_zone(zone)) {
7663                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7664                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7665                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7666                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7667                         break;
7668                 }
7669         }
7670 }
7671
7672 /*
7673  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7674  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7675  */
7676 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7677 {
7678         return false;
7679 }
7680
7681 /**
7682  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7683  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7684  *
7685  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7686  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7687  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7688  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7689  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7690  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7691  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7692  * at arch_max_dma_pfn.
7693  */
7694 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7695 {
7696         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7697         int i, nid, zone;
7698         bool descending;
7699
7700         /* Record where the zone boundaries are */
7701         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7702                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7703         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7704                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7705
7706         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7707         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7708
7709         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7710                 if (descending)
7711                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7712                 else
7713                         zone = i;
7714
7715                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7716                         continue;
7717
7718                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7719                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7720                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7721
7722                 start_pfn = end_pfn;
7723         }
7724
7725         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7726         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7727         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7728
7729         /* Print out the zone ranges */
7730         pr_info("Zone ranges:\n");
7731         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7732                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7733                         continue;
7734                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7735                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7736                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7737                         pr_cont("empty\n");
7738                 else
7739                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7740                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7741                                         << PAGE_SHIFT,
7742                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7743                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7744         }
7745
7746         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7747         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7748         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7749                 if (zone_movable_pfn[i])
7750                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7751                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7752         }
7753
7754         /*
7755          * Print out the early node map, and initialize the
7756          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7757          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7758          */
7759         pr_info("Early memory node ranges\n");
7760         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7761                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7762                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7763                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7764                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7765         }
7766
7767         /* Initialise every node */
7768         mminit_verify_pageflags_layout();
7769         setup_nr_node_ids();
7770         for_each_online_node(nid) {
7771                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7772                 free_area_init_node(nid);
7773
7774                 /* Any memory on that node */
7775                 if (pgdat->node_present_pages)
7776                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7777                 check_for_memory(pgdat, nid);
7778         }
7779 }
7780
7781 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7782                                      unsigned long *percent)
7783 {
7784         unsigned long long coremem;
7785         char *endptr;
7786
7787         if (!p)
7788                 return -EINVAL;
7789
7790         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7791         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7792         if (*endptr == '%') {
7793                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7794                 WARN_ON(coremem > 100);
7795
7796                 *percent = coremem;
7797         } else {
7798                 coremem = memparse(p, &p);
7799                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7800                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7801
7802                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7803                 *percent = 0UL;
7804         }
7805         return 0;
7806 }
7807
7808 /*
7809  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7810  * cannot be reclaimed or migrated.
7811  */
7812 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7813 {
7814         /* parse kernelcore=mirror */
7815         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7816                 mirrored_kernelcore = true;
7817                 return 0;
7818         }
7819
7820         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7821                                   &required_kernelcore_percent);
7822 }
7823
7824 /*
7825  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7826  * can be reclaimed or migrated.
7827  */
7828 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7829 {
7830         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7831                                   &required_movablecore_percent);
7832 }
7833
7834 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7835 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7836
7837 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7838 {
7839         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7840         totalram_pages_add(count);
7841 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7842         if (PageHighMem(page))
7843                 totalhigh_pages_add(count);
7844 #endif
7845 }
7846 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7847
7848 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7849 {
7850         void *pos;
7851         unsigned long pages = 0;
7852
7853         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7854         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7855         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7856                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7857                 void *direct_map_addr;
7858
7859                 /*
7860                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7861                  * because some architectures' virt_to_page()
7862                  * work with aliases.  Getting the direct map
7863                  * address ensures that we get a _writeable_
7864                  * alias for the memset().
7865                  */
7866                 direct_map_addr = page_address(page);
7867                 /*
7868                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
7869                  * has not been initialized.
7870                  */
7871                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
7872                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7873                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7874
7875                 free_reserved_page(page);
7876         }
7877
7878         if (pages && s)
7879                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7880                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7881
7882         return pages;
7883 }
7884
7885 void __init mem_init_print_info(void)
7886 {
7887         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7888         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7889
7890         physpages = get_num_physpages();
7891         codesize = _etext - _stext;
7892         datasize = _edata - _sdata;
7893         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7894         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7895         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7896         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7897
7898         /*
7899          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7900          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7901          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7902          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7903          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7904          */
7905 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7906         do { \
7907                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7908                         size -= adj; \
7909         } while (0)
7910
7911         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7912                      _sinittext, init_code_size);
7913         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7914         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7915         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7916         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7917
7918 #undef  adj_init_size
7919
7920         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7921 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7922                 ", %luK highmem"
7923 #endif
7924                 ")\n",
7925                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7926                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7927                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7928                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7929                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7930                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
7931 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7932                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
7933 #endif
7934                 );
7935 }
7936
7937 /**
7938  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7939  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7940  *
7941  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7942  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7943  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7944  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7945  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7946  * smaller per-cpu batchsize.
7947  */
7948 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7949 {
7950         dma_reserve = new_dma_reserve;
7951 }
7952
7953 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7954 {
7955
7956         lru_add_drain_cpu(cpu);
7957         drain_pages(cpu);
7958
7959         /*
7960          * Spill the event counters of the dead processor
7961          * into the current processors event counters.
7962          * This artificially elevates the count of the current
7963          * processor.
7964          */
7965         vm_events_fold_cpu(cpu);
7966
7967         /*
7968          * Zero the differential counters of the dead processor
7969          * so that the vm statistics are consistent.
7970          *
7971          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7972          * race with what we are doing.
7973          */
7974         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7975         return 0;
7976 }
7977
7978 #ifdef CONFIG_NUMA
7979 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7980
7981 static int __init set_hashdist(char *str)
7982 {
7983         if (!str)
7984                 return 0;
7985         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7986         return 1;
7987 }
7988 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7989 #endif
7990
7991 void __init page_alloc_init(void)
7992 {
7993         int ret;
7994
7995 #ifdef CONFIG_NUMA
7996         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7997                 hashdist = 0;
7998 #endif
7999
8000         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
8001                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
8002                                         page_alloc_cpu_dead);
8003         WARN_ON(ret < 0);
8004 }
8005
8006 /*
8007  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8008  *      or min_free_kbytes changes.
8009  */
8010 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8011 {
8012         struct pglist_data *pgdat;
8013         unsigned long reserve_pages = 0;
8014         enum zone_type i, j;
8015
8016         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8017
8018                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8019
8020                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8021                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8022                         long max = 0;
8023                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8024
8025                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8026                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8027                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8028                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8029                         }
8030
8031                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8032                         max += high_wmark_pages(zone);
8033
8034                         if (max > managed_pages)
8035                                 max = managed_pages;
8036
8037                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8038
8039                         reserve_pages += max;
8040                 }
8041         }
8042         totalreserve_pages = reserve_pages;
8043 }
8044
8045 /*
8046  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8047  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8048  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8049  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8050  */
8051 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8052 {
8053         struct pglist_data *pgdat;
8054         enum zone_type i, j;
8055
8056         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8057                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8058                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8059                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8060                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8061                         unsigned long managed_pages = 0;
8062
8063                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8064                                 if (clear) {
8065                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8066                                 } else {
8067                                         struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8068
8069                                         managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8070                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8071                                 }
8072                         }
8073                 }
8074         }
8075
8076         /* update totalreserve_pages */
8077         calculate_totalreserve_pages();
8078 }
8079
8080 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8081 {
8082         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8083         unsigned long lowmem_pages = 0;
8084         struct zone *zone;
8085         unsigned long flags;
8086
8087         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8088         for_each_zone(zone) {
8089                 if (!is_highmem(zone))
8090                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8091         }
8092
8093         for_each_zone(zone) {
8094                 u64 tmp;
8095
8096                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8097                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8098                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8099                 if (is_highmem(zone)) {
8100                         /*
8101                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8102                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8103                          * value here.
8104                          *
8105                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8106                          * deltas control async page reclaim, and so should
8107                          * not be capped for highmem.
8108                          */
8109                         unsigned long min_pages;
8110
8111                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8112                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8113                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8114                 } else {
8115                         /*
8116                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8117                          * proportionate to the zone's size.
8118                          */
8119                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8120                 }
8121
8122                 /*
8123                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8124                  * scale factor in proportion to available memory, but
8125                  * ensure a minimum size on small systems.
8126                  */
8127                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8128                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8129                                       watermark_scale_factor, 10000));
8130
8131                 zone->watermark_boost = 0;
8132                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8133                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8134
8135                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8136         }
8137
8138         /* update totalreserve_pages */
8139         calculate_totalreserve_pages();
8140 }
8141
8142 /**
8143  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8144  * or when memory is hot-{added|removed}
8145  *
8146  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8147  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8148  */
8149 void setup_per_zone_wmarks(void)
8150 {
8151         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8152
8153         spin_lock(&lock);
8154         __setup_per_zone_wmarks();
8155         spin_unlock(&lock);
8156 }
8157
8158 /*
8159  * Initialise min_free_kbytes.
8160  *
8161  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8162  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8163  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8164  *
8165  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8166  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8167  *
8168  * which yields
8169  *
8170  * 16MB:        512k
8171  * 32MB:        724k
8172  * 64MB:        1024k
8173  * 128MB:       1448k
8174  * 256MB:       2048k
8175  * 512MB:       2896k
8176  * 1024MB:      4096k
8177  * 2048MB:      5792k
8178  * 4096MB:      8192k
8179  * 8192MB:      11584k
8180  * 16384MB:     16384k
8181  */
8182 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8183 {
8184         unsigned long lowmem_kbytes;
8185         int new_min_free_kbytes;
8186
8187         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8188         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8189
8190         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8191                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8192                 if (min_free_kbytes < 128)
8193                         min_free_kbytes = 128;
8194                 if (min_free_kbytes > 262144)
8195                         min_free_kbytes = 262144;
8196         } else {
8197                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8198                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8199         }
8200         setup_per_zone_wmarks();
8201         refresh_zone_stat_thresholds();
8202         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8203
8204 #ifdef CONFIG_NUMA
8205         setup_min_unmapped_ratio();
8206         setup_min_slab_ratio();
8207 #endif
8208
8209         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8210
8211         return 0;
8212 }
8213 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8214
8215 /*
8216  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8217  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8218  *      changes.
8219  */
8220 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8221                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8222 {
8223         int rc;
8224
8225         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8226         if (rc)
8227                 return rc;
8228
8229         if (write) {
8230                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8231                 setup_per_zone_wmarks();
8232         }
8233         return 0;
8234 }
8235
8236 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8237                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8238 {
8239         int rc;
8240
8241         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8242         if (rc)
8243                 return rc;
8244
8245         if (write)
8246                 setup_per_zone_wmarks();
8247
8248         return 0;
8249 }
8250
8251 #ifdef CONFIG_NUMA
8252 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8253 {
8254         pg_data_t *pgdat;
8255         struct zone *zone;
8256
8257         for_each_online_pgdat(pgdat)
8258                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8259
8260         for_each_zone(zone)
8261                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8262                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8263 }
8264
8265
8266 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8267                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8268 {
8269         int rc;
8270
8271         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8272         if (rc)
8273                 return rc;
8274
8275         setup_min_unmapped_ratio();
8276
8277         return 0;
8278 }
8279
8280 static void setup_min_slab_ratio(void)
8281 {
8282         pg_data_t *pgdat;
8283         struct zone *zone;
8284
8285         for_each_online_pgdat(pgdat)
8286                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8287
8288         for_each_zone(zone)
8289                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8290                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8291 }
8292
8293 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8294                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8295 {
8296         int rc;
8297
8298         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8299         if (rc)
8300                 return rc;
8301
8302         setup_min_slab_ratio();
8303
8304         return 0;
8305 }
8306 #endif
8307
8308 /*
8309  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8310  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8311  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8312  *
8313  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8314  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8315  * if in function of the boot time zone sizes.
8316  */
8317 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8318                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8319 {
8320         int i;
8321
8322         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8323
8324         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8325                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8326                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8327         }
8328
8329         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8330         return 0;
8331 }
8332
8333 /*
8334  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8335  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8336  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8337  */
8338 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8339                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8340 {
8341         struct zone *zone;
8342         int old_percpu_pagelist_fraction;
8343         int ret;
8344
8345         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8346         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8347
8348         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8349         if (!write || ret < 0)
8350                 goto out;
8351
8352         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8353         if (percpu_pagelist_fraction &&
8354             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8355                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8356                 ret = -EINVAL;
8357                 goto out;
8358         }
8359
8360         /* No change? */
8361         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8362                 goto out;
8363
8364         for_each_populated_zone(zone)
8365                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8366 out:
8367         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8368         return ret;
8369 }
8370
8371 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8372 /*
8373  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8374  * is not known to alloc_large_system_hash().
8375  */
8376 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8377 {
8378         return 0;
8379 }
8380 #endif
8381
8382 /*
8383  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8384  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8385  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8386  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8387  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8388  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8389  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8390  */
8391 #if __BITS_PER_LONG > 32
8392 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8393 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8394 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8395 #endif
8396
8397 /*
8398  * allocate a large system hash table from bootmem
8399  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8400  *   quantity of entries
8401  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8402  */
8403 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8404                                      unsigned long bucketsize,
8405                                      unsigned long numentries,
8406                                      int scale,
8407                                      int flags,
8408                                      unsigned int *_hash_shift,
8409                                      unsigned int *_hash_mask,
8410                                      unsigned long low_limit,
8411                                      unsigned long high_limit)
8412 {
8413         unsigned long long max = high_limit;
8414         unsigned long log2qty, size;
8415         void *table = NULL;
8416         gfp_t gfp_flags;
8417         bool virt;
8418         bool huge;
8419
8420         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8421         if (!numentries) {
8422                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8423                 numentries = nr_kernel_pages;
8424                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8425
8426                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8427                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8428                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8429
8430 #if __BITS_PER_LONG > 32
8431                 if (!high_limit) {
8432                         unsigned long adapt;
8433
8434                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8435                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8436                                 scale++;
8437                 }
8438 #endif
8439
8440                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8441                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8442                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8443                 else
8444                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8445
8446                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8447                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8448                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8449                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8450                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8451                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8452                                 BUG_ON(!numentries);
8453                         }
8454                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8455                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8456         }
8457         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8458
8459         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8460         if (max == 0) {
8461                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8462                 do_div(max, bucketsize);
8463         }
8464         max = min(max, 0x80000000ULL);
8465
8466         if (numentries < low_limit)
8467                 numentries = low_limit;
8468         if (numentries > max)
8469                 numentries = max;
8470
8471         log2qty = ilog2(numentries);
8472
8473         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8474         do {
8475                 virt = false;
8476                 size = bucketsize << log2qty;
8477                 if (flags & HASH_EARLY) {
8478                         if (flags & HASH_ZERO)
8479                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8480                         else
8481                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8482                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8483                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8484                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8485                         virt = true;
8486                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8487                 } else {
8488                         /*
8489                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8490                          * some pages at the end of hash table which
8491                          * alloc_pages_exact() automatically does
8492                          */
8493                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8494                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8495                 }
8496         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8497
8498         if (!table)
8499                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8500
8501         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8502                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8503                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8504
8505         if (_hash_shift)
8506                 *_hash_shift = log2qty;
8507         if (_hash_mask)
8508                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8509
8510         return table;
8511 }
8512
8513 /*
8514  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8515  *
8516  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8517  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8518  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8519  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8520  *
8521  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8522  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8523  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8524  *
8525  */
8526 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8527                                  int migratetype, int flags)
8528 {
8529         unsigned long iter = 0;
8530         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8531         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8532
8533         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8534                 /*
8535                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8536                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8537                  * so consider them movable here.
8538                  */
8539                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8540                         return NULL;
8541
8542                 return page;
8543         }
8544
8545         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8546                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8547                         continue;
8548
8549                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8550
8551                 /*
8552                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8553                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8554                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8555                  * specifying "movablecore".
8556                  */
8557                 if (PageReserved(page))
8558                         return page;
8559
8560                 /*
8561                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8562                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8563                  * is movable.
8564                  */
8565                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8566                         continue;
8567
8568                 /*
8569                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8570                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8571                  * We need not scan over tail pages because we don't
8572                  * handle each tail page individually in migration.
8573                  */
8574                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8575                         struct page *head = compound_head(page);
8576                         unsigned int skip_pages;
8577
8578                         if (PageHuge(page)) {
8579                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8580                                         return page;
8581                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8582                                 return page;
8583                         }
8584
8585                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8586                         iter += skip_pages - 1;
8587                         continue;
8588                 }
8589
8590                 /*
8591                  * We can't use page_count without pin a page
8592                  * because another CPU can free compound page.
8593                  * This check already skips compound tails of THP
8594                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8595                  */
8596                 if (!page_ref_count(page)) {
8597                         if (PageBuddy(page))
8598                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8599                         continue;
8600                 }
8601
8602                 /*
8603                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8604                  * page_count() is not 0.
8605                  */
8606                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8607                         continue;
8608
8609                 /*
8610                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8611                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8612                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8613                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8614                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8615                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8616                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8617                  * (false negatives in this function only)
8618                  */
8619                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8620                         continue;
8621
8622                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8623                         continue;
8624
8625                 /*
8626                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8627                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8628                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8629                  */
8630                 return page;
8631         }
8632         return NULL;
8633 }
8634
8635 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8636 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8637 {
8638         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8639                              pageblock_nr_pages) - 1);
8640 }
8641
8642 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8643 {
8644         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8645                                 pageblock_nr_pages));
8646 }
8647
8648 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8649         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8650 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8651 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8652 {
8653         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8654
8655         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8656                 struct page *page;
8657
8658                 dump_stack();
8659                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8660                         dump_page(page, "migration failure");
8661         }
8662 }
8663 #else
8664 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8665 {
8666 }
8667 #endif
8668
8669 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8670 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8671                                         unsigned long start, unsigned long end)
8672 {
8673         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8674         unsigned int nr_reclaimed;
8675         unsigned long pfn = start;
8676         unsigned int tries = 0;
8677         int ret = 0;
8678         struct migration_target_control mtc = {
8679                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8680                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8681         };
8682
8683         lru_cache_disable();
8684
8685         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8686                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8687                         ret = -EINTR;
8688                         break;
8689                 }
8690
8691                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8692                         cc->nr_migratepages = 0;
8693                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8694                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8695                                 break;
8696                         pfn = cc->migrate_pfn;
8697                         tries = 0;
8698                 } else if (++tries == 5) {
8699                         ret = -EBUSY;
8700                         break;
8701                 }
8702
8703                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8704                                                         &cc->migratepages);
8705                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8706
8707                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8708                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8709
8710                 /*
8711                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8712                  * to retry again over this error, so do the same here.
8713                  */
8714                 if (ret == -ENOMEM)
8715                         break;
8716         }
8717
8718         lru_cache_enable();
8719         if (ret < 0) {
8720                 alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8721                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8722                 return ret;
8723         }
8724         return 0;
8725 }
8726
8727 /**
8728  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8729  * @start:      start PFN to allocate
8730  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8731  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8732  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8733  *                      in range must have the same migratetype and it must
8734  *                      be either of the two.
8735  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8736  *
8737  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8738  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8739  *
8740  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8741  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8742  * be modified by others.
8743  *
8744  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8745  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8746  * need to be freed with free_contig_range().
8747  */
8748 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8749                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8750 {
8751         unsigned long outer_start, outer_end;
8752         unsigned int order;
8753         int ret = 0;
8754
8755         struct compact_control cc = {
8756                 .nr_migratepages = 0,
8757                 .order = -1,
8758                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8759                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8760                 .ignore_skip_hint = true,
8761                 .no_set_skip_hint = true,
8762                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8763                 .alloc_contig = true,
8764         };
8765         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8766
8767         /*
8768          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8769          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8770          * have different sizes, and due to the way page allocator
8771          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8772          * that page allocator won't try to merge buddies from
8773          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8774          * other migration type.
8775          *
8776          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8777          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8778          * we are interested in).  This will put all the pages in
8779          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8780          *
8781          * When this is done, we take the pages in range from page
8782          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8783          * page allocator will never consider using them.
8784          *
8785          * This lets us mark the pageblocks back as
8786          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8787          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8788          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8789          */
8790
8791         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8792                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8793         if (ret)
8794                 return ret;
8795
8796         drain_all_pages(cc.zone);
8797
8798         /*
8799          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8800          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8801          * which will report the busy page.
8802          *
8803          * It is possible that busy pages could become available before
8804          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8805          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8806          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8807          */
8808         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8809         if (ret && ret != -EBUSY)
8810                 goto done;
8811         ret = 0;
8812
8813         /*
8814          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8815          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8816          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8817          * What we are going to do is to allocate all pages from
8818          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8819          *
8820          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8821          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8822          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8823          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8824          * once this is done free the pages we are not interested in.
8825          *
8826          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8827          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8828          */
8829
8830         order = 0;
8831         outer_start = start;
8832         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8833                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8834                         outer_start = start;
8835                         break;
8836                 }
8837                 outer_start &= ~0UL << order;
8838         }
8839
8840         if (outer_start != start) {
8841                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
8842
8843                 /*
8844                  * outer_start page could be small order buddy page and
8845                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8846                  * in this case to report failed page properly
8847                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8848                  */
8849                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8850                         outer_start = start;
8851         }
8852
8853         /* Make sure the range is really isolated. */
8854         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8855                 ret = -EBUSY;
8856                 goto done;
8857         }
8858
8859         /* Grab isolated pages from freelists. */
8860         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8861         if (!outer_end) {
8862                 ret = -EBUSY;
8863                 goto done;
8864         }
8865
8866         /* Free head and tail (if any) */
8867         if (start != outer_start)
8868                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8869         if (end != outer_end)
8870                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8871
8872 done:
8873         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8874                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8875         return ret;
8876 }
8877 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8878
8879 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8880                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8881 {
8882         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8883
8884         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8885                                   gfp_mask);
8886 }
8887
8888 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8889                                    unsigned long nr_pages)
8890 {
8891         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8892         struct page *page;
8893
8894         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8895                 page = pfn_to_online_page(i);
8896                 if (!page)
8897                         return false;
8898
8899                 if (page_zone(page) != z)
8900                         return false;
8901
8902                 if (PageReserved(page))
8903                         return false;
8904         }
8905         return true;
8906 }
8907
8908 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8909                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8910 {
8911         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8912
8913         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8914 }
8915
8916 /**
8917  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8918  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8919  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8920  * @nid:        Target node
8921  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8922  *
8923  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8924  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8925  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8926  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8927  *
8928  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8929  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8930  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8931  *
8932  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8933  * __free_page() on each allocated page.
8934  *
8935  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8936  */
8937 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8938                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8939 {
8940         unsigned long ret, pfn, flags;
8941         struct zonelist *zonelist;
8942         struct zone *zone;
8943         struct zoneref *z;
8944
8945         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8946         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8947                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8948                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8949
8950                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8951                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8952                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8953                                 /*
8954                                  * We release the zone lock here because
8955                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8956                                  * at some point. If there's an allocation
8957                                  * spinning on this lock, it may win the race
8958                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8959                                  */
8960                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8961                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8962                                                         gfp_mask);
8963                                 if (!ret)
8964                                         return pfn_to_page(pfn);
8965                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8966                         }
8967                         pfn += nr_pages;
8968                 }
8969                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8970         }
8971         return NULL;
8972 }
8973 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8974
8975 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
8976 {
8977         unsigned long count = 0;
8978
8979         for (; nr_pages--; pfn++) {
8980                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8981
8982                 count += page_count(page) != 1;
8983                 __free_page(page);
8984         }
8985         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
8986 }
8987 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8988
8989 /*
8990  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8991  * page high values need to be recalculated.
8992  */
8993 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8994 {
8995         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8996         zone_set_pageset_high_and_batch(zone);
8997         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8998 }
8999
9000 /*
9001  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9002  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9003  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9004  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9005  *
9006  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9007  */
9008 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9009 {
9010         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9011         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9012         __drain_all_pages(zone, true);
9013 }
9014
9015 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9016 {
9017         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9018         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9019 }
9020
9021 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9022 {
9023         int cpu;
9024         struct per_cpu_pageset *pset;
9025
9026         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
9027                 for_each_online_cpu(cpu) {
9028                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
9029                         drain_zonestat(zone, pset);
9030                 }
9031                 free_percpu(zone->pageset);
9032                 zone->pageset = &boot_pageset;
9033         }
9034 }
9035
9036 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9037 /*
9038  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9039  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9040  */
9041 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9042 {
9043         unsigned long pfn = start_pfn;
9044         struct page *page;
9045         struct zone *zone;
9046         unsigned int order;
9047         unsigned long flags;
9048
9049         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9050         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9051         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9052         while (pfn < end_pfn) {
9053                 page = pfn_to_page(pfn);
9054                 /*
9055                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9056                  * page_count() is not 0.
9057                  */
9058                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9059                         pfn++;
9060                         continue;
9061                 }
9062                 /*
9063                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9064                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9065                  */
9066                 if (PageOffline(page)) {
9067                         BUG_ON(page_count(page));
9068                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9069                         pfn++;
9070                         continue;
9071                 }
9072
9073                 BUG_ON(page_count(page));
9074                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9075                 order = buddy_order(page);
9076                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9077                 pfn += (1 << order);
9078         }
9079         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9080 }
9081 #endif
9082
9083 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9084 {
9085         struct zone *zone = page_zone(page);
9086         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9087         unsigned long flags;
9088         unsigned int order;
9089
9090         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9091         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9092                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9093
9094                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9095                         break;
9096         }
9097         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9098
9099         return order < MAX_ORDER;
9100 }
9101
9102 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9103 /*
9104  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9105  * buddy allocator.
9106  */
9107 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9108                                    struct page *target, int low, int high,
9109                                    int migratetype)
9110 {
9111         unsigned long size = 1 << high;
9112         struct page *current_buddy, *next_page;
9113
9114         while (high > low) {
9115                 high--;
9116                 size >>= 1;
9117
9118                 if (target >= &page[size]) {
9119                         next_page = page + size;
9120                         current_buddy = page;
9121                 } else {
9122                         next_page = page;
9123                         current_buddy = page + size;
9124                 }
9125
9126                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9127                         continue;
9128
9129                 if (current_buddy != target) {
9130                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9131                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9132                         page = next_page;
9133                 }
9134         }
9135 }
9136
9137 /*
9138  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9139  */
9140 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9141 {
9142         struct zone *zone = page_zone(page);
9143         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9144         unsigned long flags;
9145         unsigned int order;
9146         bool ret = false;
9147
9148         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9149         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9150                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9151                 int page_order = buddy_order(page_head);
9152
9153                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9154                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9155                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9156                                                                    pfn_head);
9157
9158                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9159                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9160                                                 page_order, migratetype);
9161                         ret = true;
9162                         break;
9163                 }
9164                 if (page_count(page_head) > 0)
9165                         break;
9166         }
9167         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9168         return ret;
9169 }
9170 #endif