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